鋰離子電池管理中的問題與解決方案

一、 概述

鋰離子/聚合物電池（以下均簡稱鋰離子電池）是以鋰合金的金屬氧化物為陽極材料、以石墨為陰極材料、使用非水電解質(zhì)的可充電電池。根據(jù)陽極所用材料的不同，不同種類的鋰離子電池也表現(xiàn)出不同的特性，它們最明顯的電特性上的差異就表現(xiàn)在不同的公稱電壓上，與之相應(yīng)的充電終止電壓和放電截止電壓也各自不同。鋰這種材料在具有很多作為電池材料優(yōu)點的同時，也同時具有非?；顫姷奶匦裕ㄟ@本來是它的優(yōu)點），稍有不慎，它就很容易燃燒，而燃燒帶來的高溫和體積膨脹常常造成災(zāi)難性的后果。所以，除了在鋰離子電池本身的制作、保存、運輸、操作上要執(zhí)行嚴(yán)格的規(guī)范以外，對它進(jìn)行保護(hù)、充放電管理方面也有許多的講究。

二、鋰離子電池的保護(hù)

鋰離子電池在使用中最重要的是要確保它不會被過度充電和放電，這兩種行為對它的傷害都是不可修復(fù)的，甚至可能還是危險的，因為它的內(nèi)部材料結(jié)構(gòu)被破壞了，就什么問題都可能表現(xiàn)出來。因此使用中首先要做的就是要給它加上保護(hù)電路，確保過度的行為不會發(fā)生。

RT9541和RT9545立锜科技在鋰離子電池保護(hù)IC市場上推出的產(chǎn)品，其功能都是要實現(xiàn)過流、過壓保護(hù)和過充、過放保護(hù)，下圖是截取自RT9545規(guī)格書的應(yīng)用電路圖：

圖一、鋰離子電池保護(hù)電路

在一般應(yīng)用中，保護(hù)IC這部分電路是和電池一起放在電池包里的，用戶能夠看到的僅僅是+、-兩個電極。電路中Q1和Q2既是用于實現(xiàn)放電和充電時的保護(hù)開關(guān)（由于存在寄生二極管的緣故，沒有辦法只使用一只管子實現(xiàn)雙向的保護(hù)，除非使用可雙向關(guān)斷的其他器件），也是過流檢測元件。當(dāng)IC在開關(guān)兩端檢測到過大的電壓降時，就會強制MOSFET進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，從而關(guān)閉流過電池的電流，達(dá)到保護(hù)電池的目的。由于電流偵測是通過對MOSFET兩端之間的電壓差的偵測來實現(xiàn)的，MOSFET的導(dǎo)通電阻就會成為一個關(guān)鍵參數(shù)，這是設(shè)計者需要注意的重點。

對過壓狀態(tài)和欠壓狀態(tài)的偵測則是通過對VDD和VSS之間電壓的偵測來完成的，大部分的鋰離子電池會選擇4.35V和2.5V作為過充保護(hù)電壓和過放保護(hù)電壓，并會因為電池本身的不同而有不同的選擇。下圖是RT9545的內(nèi)部電路框圖，有興趣的讀者可以作為研究的參考。

圖二、鋰離子電池保護(hù)IC內(nèi)部電路框圖

下圖是一種容量約為950mAh的鋰離子電池的容量和循環(huán)壽命與充電截止電壓之間的關(guān)系，從中可以看到如果僅僅靠鋰離子電池保護(hù)IC所提供的4.35V作為充電截止電壓，那么它的初始容量是比較高的，但循環(huán)壽命是極短的，而且容量下降速度也是極快的。

圖三、鋰離子電池的容量、循環(huán)壽命和充電電壓之間的關(guān)系

不同的充電電流對鋰離子電池的容量和壽命有什么影響呢？下圖可供參考：

圖四、鋰離子電池的容量、循環(huán)壽命和放電電流之間的關(guān)系

從中我們可以看到，對900mAh的鋰離子電池以1.0C的速率進(jìn)行充電，500個循環(huán)后的容量大約為780mAh；但若以2.0C的速率進(jìn)行充電，500個循環(huán)后的容量大約為500mAh。從幾條曲線的趨勢來看，我們幾乎可以認(rèn)為隨著充電速率的增大，其容量衰減的速度是以指數(shù)特性遞增的。通過這些實測的數(shù)據(jù)，我們應(yīng)當(dāng)知道，我們需要使用正確的策略來使用鋰離子電池，而充電策略就是所有策略中最重要的。

三、充電策略及其和溫度的關(guān)系

在充電的過程中，在充電器施加的外電場作用下，Li+從正極LiCoO2中脫出進(jìn)入電解液并向負(fù)極移動，依次進(jìn)入石墨組成的負(fù)極，在那兒形成LiC化合物。如果充電速度過快，會使得Li+來不及進(jìn)入負(fù)極柵格，在負(fù)極附近的電解液中就會聚集Li+，這些靠近負(fù)極的Li+很可能從負(fù)極俘獲一個電子成為金屬Li。持續(xù)的金屬鋰生成會在負(fù)極附近堆積、長大成樹枝狀的晶體，俗稱枝晶。另一種情形，隨著負(fù)極的充滿程度越來越高，LiC晶格留下的空格越來越少，從正極移動過來的Li+找到空格的機會就越來越小，所需時間就越來越長，如果充電速度不變的話，一樣可能在負(fù)極表面形成局部的Li+堆積。因此，在充電的后半段必須逐步縮小充電電流。枝晶的長大最終會刺破正負(fù)級之間的隔膜，形成短路?？梢韵胂?，充電的速度越快越危險，充電終止的電壓越高也越危險，充電的時間越長也越危險。如果你不能想象電池內(nèi)部發(fā)生的狀況，請把這個電池想象成肥皂泡，你往肥皂泡中吹入氣體的過程就相當(dāng)于給電池充電的過程，如果你吹得太快，肥皂水形成的水膜擴張速度趕不上氣體吹入的速度時，肥皂泡就很容易破裂了。

基于對鋰離子電池特性的理解，業(yè)界已經(jīng)形成了對鋰離子電池進(jìn)行充電時的三階段策略：預(yù)充電、恒流充電和恒壓充電。預(yù)充電的意義是要對電池的狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，使之進(jìn)入可以進(jìn)行大電流快速充電的狀態(tài)；恒流充電的作用是將電能快速地儲存到電池中；恒壓充電階段則是最后的調(diào)整階段，它使電池的容量最大化，但其進(jìn)行過程是完全依照電池自身的需要進(jìn)行的，不像恒流充電階段那樣對電池有強大的外來壓力（電場力）。任何違背電池本身特性的行為，尤其是超過電池接受能力的過大電流或是超過電池過充電壓的操作都會對電池的壽命帶來無法挽回的影響，所以任何完善的充電管理方案都必須按照嚴(yán)格的規(guī)范來進(jìn)行設(shè)計。

下圖顯示了充電的三個階段：

圖五、業(yè)界通行的鋰離子電池三階段充電策略

預(yù)充電（Precharge）發(fā)生在電池電壓比較低時，對于大多數(shù)鋰離子電池來說，這個電壓通常定義在2.9V~3V以下，此時的充電電流一般容許在C/10以下。恒流充電的電流大多設(shè)定在1C左右（按照500個使用循環(huán)后容量衰減至初始容量的80%確定）。在恒壓充電階段，電流將逐漸下降，下降到一定程度（通常是C/10）以后，我們可以認(rèn)為電池已經(jīng)充滿了，充電過程將截止。

上圖顯示的最后一個階段被稱為補充階段，它實際上是恒流階段和恒壓階段的組合。它是為了彌補電池自放電和其它與它相連的負(fù)載的消耗而造成的電容量下降的彌補措施，這樣做是為了保證在電池（及由其構(gòu)成的系統(tǒng)）和充電設(shè)備分離時總是處于盡可能充滿電的狀態(tài)。

電池所處的溫度對充電策略會有重大影響。由于構(gòu)成電池的材料在不同溫度下的特性不同，電池的容量、合適的充電電壓也發(fā)生了巨大的變化（參看下圖）。

圖六、溫度對鋰離子電池容量和電壓的影響

通常情況下，溫度過低或過高時，應(yīng)當(dāng)禁止對電池進(jìn)行充電操作。一顆充電管理器件要完成這一任務(wù)其實非常容易，下圖是RT9503A的應(yīng)用電路圖，其中有一個可變電阻和電池放在一起，這個可變電阻是熱敏電阻，把它和電池放在一起提示我們要測量的是電池本身的溫度。在實際工作時，RT9503A的TS內(nèi)部流出來一個102μA的電流，該電流流過熱敏電阻以后就會在TS端形成一個電壓，如果該電壓位于0.5V~2.5V之間，RT9503A認(rèn)為此時的溫度在可以充電的區(qū)間內(nèi)，而一旦此電壓超出此區(qū)間，它就會認(rèn)為電池已處于不合適充電的狀態(tài)下，會立即將充電過程終止，從而保護(hù)電池不致因不恰當(dāng)?shù)某潆姸軗p。作為設(shè)計師，需要根據(jù)自己選定的電池容許充電溫度范圍去選擇這個熱敏電阻的規(guī)格，而計算的方法也很簡單，利用前面提供的電流、電壓數(shù)據(jù)用歐姆定律計算出可用的電阻值范圍，熱敏電阻的規(guī)格就很容易確定了。

圖七、RT9503A應(yīng)用電路圖

有一些充電管理器件沒有包含溫度檢測功能，這種器件就只適合用于沒有溫度問題存在的場合，或是系統(tǒng)中有其他溫度檢測措施，充電電路可受系統(tǒng)控制的場合，就像上述的RT9503A，它有一個端子EN，只要將此端子置位于高電平，充電電路就會停止工作，所以它是完全可控的。

有的國家和地區(qū)還對電池充電制定了不同溫度下的不同策略，日本在此方面是一個典型，特別制訂的JEITA規(guī)范就要求在溫度過低和過高時降低恒流充電電流、恒壓充電電壓，這一規(guī)范恰好與電池的容量隨著溫度的變化而變化的特性緊密對應(yīng)。JEITA規(guī)范所要求的規(guī)格變化在RT9519A的規(guī)格書中有比較清楚地呈現(xiàn)出來，下圖就取自其中：

圖八、JEITA規(guī)范對鋰離子電池充電電流、電壓的要求

我們從中看到要在不同的溫度下采用不同的充電電流和電壓，那么要怎樣實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換呢？規(guī)格書中給出下圖予以說明：

圖九、RT9519A使用VSET、ISET改變充電電壓、電流的方法

其中，VSET和ISET是IC的輸入端子，而VREG和ICHG是指的恒壓充電電壓和恒流充電電流，也就是說改變VSET和ISET端子的狀態(tài)就可以實現(xiàn)規(guī)格的轉(zhuǎn)換。我們從這里看到要轉(zhuǎn)換符合的規(guī)格需要進(jìn)行溫度測量，作出判斷以后再把控制信號加到RT9519A的輸入端上即可。很可惜，RT9519A沒有進(jìn)行溫度測量的能力，這個任務(wù)需要由系統(tǒng)的其它部分來完成。
RT9528在這個方面走得比較遠(yuǎn)，我們先看看它的應(yīng)用電路圖：

圖十、RT9528的應(yīng)用電路簡圖

TEMPIN是連接熱敏電阻的端子，VP是一個3.3V的輸出端，這樣我們就知道TEMPIN是取樣端，它把R1和NTC分壓后的電壓送入IC。
NTC的規(guī)格是由SETNTC的狀態(tài)來選擇的。如果SETNTC=L （低電平），表示NTC是100kΩ的，具體型號是NCP15WF104F03RC；如果SETNTC=H（高電平），表示NTC是10kΩ的，具體型號是NCP15XH103F03RC。這兩個型號在規(guī)格書中有給出來。
IC內(nèi)部如何處理由TEMPIN送入的信號呢？我們要看看RT9528的內(nèi)部電路：

圖十一、RT9528內(nèi)部電路框圖

在圖中的左下角，我們看到TEMPIN被送入一組比較器，這些比較器根據(jù)此電壓的高低給出的比較結(jié)果分別代表太熱（Too Hot）、熱（Hot）、冷（Cold）、太冷（Too Cold）。很顯然，控制器將根據(jù)這些判斷結(jié)果和預(yù)先制訂的規(guī)格進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。通過對規(guī)格書的研讀，我們還可以看到，什么情況下太冷？什么情況下冷？這個溫度也是可以改變的，這在下表中可以看到：

表一、RT9528內(nèi)部寄存器對不同溫度判別標(biāo)準(zhǔn)的定義

I²C_CTR4

對太熱和熱的溫度也是可以進(jìn)行調(diào)整的，這可以在對寄存器CTR5的定義中看到。這樣就給我們帶來了很大的靈活性，我們可以根據(jù)需要隨時調(diào)整充電規(guī)格，產(chǎn)品的使用范圍不會受到器件選擇的限制。下面兩幅圖分別形象地顯示了溫度由常溫變冷、再變到太冷時充電電流的變化情況和溫度由常溫變熱、再由熱變太熱時充電電壓的變化情況。如果預(yù)先選擇的策略不同，變化也會不同，要了解更多的信息，請閱讀產(chǎn)品規(guī)格書。

圖十二、溫度變化引起的TS端電壓變化導(dǎo)致RT9528改變充電電流、電壓的示范圖

另有一些設(shè)計是可以通過外部控制電路或是通訊接口接受命令以改變充電電流和電壓的器件，RT9450A、RT9451和RT9480是具備這樣的通訊能力的例子，而通用型的寬電壓輸入型充電IC如RT9531、RT9535和RT9538則僅提供最基本的恒流、恒壓輸出的功能，并把所有的設(shè)定部分都開放給硬件設(shè)計者，它們對于構(gòu)建完備的電池管理系統(tǒng)來說就無疑是一大助力。在實際上，這幾款產(chǎn)品都可以被使用于獨立的電池管理系統(tǒng)──移動電源，而RT9480就完全是因為移動電源而生的，它已將常見的移動電源管理功能完全集成在單一芯片中，而且其功能和性能是可以被預(yù)先設(shè)定的，一旦設(shè)定以后就可以離線使用，實際上正常出廠的RT9480已經(jīng)按照最常規(guī)的用途進(jìn)行了設(shè)定，如果你沒有什么特別的需求，你是可以直接使用的，它的規(guī)格書也以這一設(shè)定為準(zhǔn)進(jìn)行編寫。而RT9451則支持高達(dá)4A的充電電流，其充電電流、電壓都可以在很寬范圍內(nèi)任意設(shè)定，這使得它可以適用于多種電池的應(yīng)用。除了支持大電流充電以外，RT9451還支持USB-OTG應(yīng)用，其輸出電壓也是可以設(shè)定的，并且輸出電流高達(dá)1.6A，是USB-OTG應(yīng)用的絕佳選擇。

四、 充電定時器

正常設(shè)計的鋰離子電池充電管理系統(tǒng)都能在正常的充電時間內(nèi)將電池充滿，但如果遇到某些意外狀況，例如電池存在超過規(guī)格限制的漏電行為（短路也算是這一類的）或是有負(fù)載參與到系統(tǒng)中（這在充電電路、電池和系統(tǒng)以串聯(lián)方式連接時常常發(fā)生），充電過程結(jié)束的條件就有可能永遠(yuǎn)不會達(dá)成，我們永遠(yuǎn)不會看到充電完成的提示信息。在這種狀況下，充電安全定時器就是必不可少的配置，它將限制最長的充電時間，時間一到，無論電池處于什么狀態(tài)，充電過程都會自動結(jié)束，只有重啟系統(tǒng)才能讓充電操作再次進(jìn)行。

不是所有的充電管理器件都有安全定時器的，但具有這一功能的器件的實現(xiàn)方式會因不同的設(shè)計而有不同。某些器件采用電容作為內(nèi)部充電定時器的時間基準(zhǔn)，如RT9525就是這樣，下圖是它的內(nèi)部電路框圖，我們可以看到它有一個名為TIMER的端子，內(nèi)部有一個恒流源，只要在此端子和GND之間放上一只電容，電容上的電壓就會在恒流源的作用下線性上升，內(nèi)部命名為TIMER的電路部分只要放上一個比較器，當(dāng)它檢測到電容上的電壓升高到某個設(shè)定值時控制一個開關(guān)將電容上的電荷釋放掉，這樣一個過程就可以構(gòu)成一個時間基準(zhǔn)。內(nèi)部計數(shù)器對此時間基準(zhǔn)的發(fā)生次數(shù)進(jìn)行計數(shù)直至某個設(shè)定值，就可在確定的時間將充電電路關(guān)閉。在此設(shè)計中，由于恒流源的電流是固定的，比較器參考電壓也是固定的，計數(shù)器終止計數(shù)的數(shù)據(jù)也是固定的，所以只要改變電容量就可以改變設(shè)定的時間值。

圖十三、RT9525內(nèi)部電路框圖

對于那些可以通過編程控制的器件來說，對安全定時器的操作可以是一個動態(tài)的過程。以可以通過I²C總線進(jìn)行控制的RT9451為例，它的內(nèi)部就有一個32秒安全定時器和32分安全定時器，他們分別在Boost模式和充電模式下起作用。由于這個器件是被設(shè)計成必須在MCU的控制下工作的，所以它只容許自身自由運行最多32秒（在Boost模式下）或32分鐘（充電模式下），MCU必須不時關(guān)照RT9451的運行情況，這個過程中它會復(fù)位定時器，如果MCU忘了在規(guī)定時間內(nèi)來關(guān)照它，定時器就會終止RT9451的當(dāng)前工作狀態(tài)而進(jìn)入不做任何工作的高阻模式。下圖顯示了MCU不來關(guān)照RT9451復(fù)位定時器的情況，我們可以看到，時間一到，輸出將被無情地關(guān)閉。由于這是顯示的Boost模式下的狀況，所以輸出是出現(xiàn)在VIN端的。

圖十四、RT9451內(nèi)部32秒安全定時器工作表現(xiàn)

下圖顯示了RT9451內(nèi)部安全定時器在工作時和各種操作之間的關(guān)系，它截取自RT9451的規(guī)格書。

圖十五、RT9451內(nèi)部安全定時器的運行和系統(tǒng)操作之間的關(guān)系

五、路徑管理

所謂的路徑管理其實不是充電管理的問題，它是系統(tǒng)設(shè)計的問題。對于使用電池供電的系統(tǒng)來說，是否需要在充電的同時讓負(fù)載處于工作狀態(tài)，這對系統(tǒng)的設(shè)計影響巨大?？紤]路徑管理問題，就是考慮如何讓電能進(jìn)入電池，又如何從電池向負(fù)載供電，考慮是否要讓外部電源直接為負(fù)載供電，考慮在外部電源不足以滿足負(fù)載需要、充電需要或是兩者的共同需要時，到底要如何做的問題。沒有電源路徑管理功能的充電管理器件都是比較簡單的，其充電電路通常如下圖所示：

圖十六、以RT9526為例的常見的充電電路

這個電路截取自RT9526的規(guī)格書，我估計這已經(jīng)是最簡單的充電管理器件了，必要的電流設(shè)定和狀態(tài)指示是用戶可以和它打交道的地方，其它的規(guī)格都被IC內(nèi)部的設(shè)計限定死了。

對于這樣的簡單系統(tǒng)，其負(fù)載通常只能和電池直接連接在一起，其連接方法就和圖中的電容C_OUT一樣——和電池并聯(lián)在一起，但由于充電器件、電池和負(fù)載是一個個挨次連接起來的，來自外部電源的電流必須經(jīng)過充電管理器件、電池以后才能進(jìn)入負(fù)載，我們習(xí)慣于把這種連接法稱為串聯(lián)連接。對于那種外來電源不經(jīng)電池就能進(jìn)入負(fù)載的連接方式，我們把它稱為并聯(lián)連接，前文給出的RT9503A應(yīng)用電路圖就是并聯(lián)連接的典型，當(dāng)外部電源接入時，電流經(jīng)IC內(nèi)部路徑為電池進(jìn)行充電，也同時經(jīng)外部連接的二極管和MOSFET串聯(lián)路徑流入負(fù)載。

串聯(lián)連接非常簡單，只要電池中有足夠的電能，負(fù)載就能直接工作，成本也低，所以被廣泛使用。它的唯一缺陷是當(dāng)電池電能不滿足負(fù)載的需要時，負(fù)載無法進(jìn)入工作狀態(tài)，這種狀況在現(xiàn)實中經(jīng)常遇到：以手機為例，大部分在電池用盡而插入充電器充電時，有一段時間是無法開機的，必須等電池電壓高于一定的水平，才能開機讓負(fù)載進(jìn)入工作狀態(tài)。為什么會這樣呢？很簡單，因為一般鋰離子電池的可使用電壓范圍為3.0V~4.2V，可是很多負(fù)載要求的工作電壓為3.3V，而大部分系統(tǒng)采用的供電器件都是降壓型的穩(wěn)壓器，所以一旦電池電壓低于某個值，3.3V的輸出電壓就無法保證了，這時候就不得不等待充電過程將電池電壓提升到一定的水平后再開機。

讓電池電壓在整個可用范圍內(nèi)都可使系統(tǒng)工作的設(shè)計通常需要可以自動升降壓的Buck-Boost型器件，例如RT6150系列的器件就可以解決此問題，但這屬于另一個話題了，我們暫且打住不表。

鋰離子電池的放電過程通常不在充電管理系統(tǒng)的管轄之下，但對于某些應(yīng)用來說，無論充電器容量如何，也不管電池處在什么狀況下，都會要求由電池/充電器供電的系統(tǒng)部分永遠(yuǎn)處于工作狀態(tài)下，這時候，具有動態(tài)電源路徑管理功能的充電管理器件就是必須的配置，它能將輸入電流自動地在負(fù)載和電池之間進(jìn)行分配并優(yōu)先滿足負(fù)載的需求，同時又將盡可能多的電能送入電池中；更進(jìn)一步的做法是當(dāng)輸入電源不能滿足負(fù)載需求時，自動將電池加入供電源行列，與外部電源一起共同為負(fù)載供電，確保負(fù)載能夠正常工作。這里的陳述是以讓負(fù)載能夠工作作為優(yōu)先考慮的狀況，如果把優(yōu)先順序設(shè)定為充電優(yōu)先，設(shè)計就會完全不同。

本文前面提到的RT9503A是具有路徑管理功能的一個例子，但它的功能相對簡單：當(dāng)外部電源接入時，由此電源同時給充電部分和系統(tǒng)部分供電（這要求外部電源要有足夠的負(fù)載能力）；當(dāng)外部電源撤離時，自動切換到由電池為系統(tǒng)供電的狀態(tài)。這種方式存在一個缺陷：在外部電源接入和撤離的瞬間，供給系統(tǒng)的電壓會有比較大的跳變，這種跳變對于負(fù)載部分使用的穩(wěn)壓器件來說可能是一個挑戰(zhàn)，它也可能輸出一個比較大的跳變，對于某些系統(tǒng)來說，這可能是一個不能接受的特性。

前文提到過的RT9519A是一個具有自動路徑管理的功能的器件，同時也還支持眾多的功能，如前文提到它時所談的JEITA規(guī)范支持能力，為了讓我們能更好地理解路徑管理功能，我們轉(zhuǎn)而介紹另外一個簡化了很多的器件：RT9525。下圖是它的應(yīng)用電路圖：

圖十七、RT9525應(yīng)用電路簡圖

從圖上看，它的使用很簡單。來自電源適配器或USB接口的5V電源接入VIN端，電池連接在BAT端，TS端仍如別的器件一樣連接熱敏電阻用于決定什么情況下不能對電池進(jìn)行充電，連接在ISETA端的電阻R_ISETA設(shè)定充電電流的大?。ㄆ渲械淖帜窤暗藏了一個信息：它設(shè)定的是電源適配器（Adapter）供電時的電流），C_TIMER是用于決定最長充電時間的，SYS端是連接負(fù)載的地方，SYSOFF這個端子則是用于決定要不要讓電池給負(fù)載供電的輸入端。EN端居然有3個，其實只有第4腳是用于使能IC的，另外兩個是用來設(shè)定輸入電流限制值的，其對應(yīng)關(guān)系如下：

表二、RT9525的EN1/EN2狀態(tài)與輸入電流限制值之間的關(guān)系

這是針對不同的輸入電源時的設(shè)計，后面我們可以看到90mA和475mA的設(shè)計其實就是用于USB輸入時滿足USB規(guī)范的，而1.5A的規(guī)格則很顯然是針對電源適配器輸入的。當(dāng)某一個電流限制值被設(shè)定以后，輸入電流最大就只能是這么大，我們需要用這個電流去滿足電池充電和負(fù)載供電的需求，怎樣在電池和負(fù)載之間分配這受限的電流？當(dāng)這電流不能滿足負(fù)載需要時怎樣將電池的電能取出來彌補其不足？這就是路徑管理要解決的問題。我們先看看這路徑是如何建立的，這可以從IC的內(nèi)部電路框圖中看出來：

圖十八、通過RT9525的內(nèi)部框圖來看路徑管理的實現(xiàn)

上圖中最上面的兩只MOSFET構(gòu)成了我們要的路徑，它們將VIN、BAT和SYS端連接起來。在實際工作時，這三個端子處的電流、電壓狀況和關(guān)系在規(guī)格書中有清晰的呈現(xiàn)：

圖十九、RT9525在輸入電流限制模式下各端子電流和電壓之間的關(guān)系

這個圖是在USB 500mA模式下的狀況，也就是當(dāng)輸入電流限定為500mA時的表現(xiàn)。規(guī)格書中也提供了1.5A模式下的表現(xiàn)，但兩者其實是一樣的，只是因為電流限制值不同，造成相應(yīng)的其它電流值有不同，實質(zhì)是完全一樣的。圖中根據(jù)不同的電流搭配和變化狀況將其表現(xiàn)分為7種情形，分別以T1~T7予以標(biāo)識，在這7種情形下各端子的電流電壓狀況被整理在下述表格中：

表三、RT9525在輸入電流限制模式下各端子電流和電壓之間的關(guān)系

從中可以看到，路經(jīng)管理系統(tǒng)會把輸入電流優(yōu)先向負(fù)載供應(yīng)，當(dāng)輸入電流滿足不了負(fù)載的需要時就會把電池納入供電行列，但只要負(fù)載的消耗一旦降低，它就會把剩余的電流導(dǎo)入電池通道為電池充電，當(dāng)然了，這要看電池充電部分是否需要那么多電流。

六、USB接口規(guī)范、限制和識別

將含有USB接口的設(shè)備接入主機時，規(guī)范要求在設(shè)備有效以前最多只能從主機的USB電源總線VBUS上獲取100mA電流，設(shè)備通過驗證以后可以獲取最大500mA的電流。當(dāng)含有鋰離子電池的設(shè)備要利用USB接口為電池充電時，它也必須符合這一規(guī)范的要求，而這一任務(wù)就落在了充電管理器件的頭上。有的人可能會認(rèn)為100mA和500mA的電流限制是USB主機能給出來的電流最大值，這其實是個錯誤的認(rèn)識，電流的大小永遠(yuǎn)都是由負(fù)載決定的，作為供應(yīng)方的主機能做的最多是限制最大電流輸出能力，并借此防范可能的風(fēng)險，立锜科技有很多所謂的功率開關(guān)（Power Switch）可用于這一目的，有興趣的可以參考RT9715的規(guī)格書，這是其中的一款典型型號。

前文提到的RT9525的USB100和USB500模式就是用來幫助設(shè)備去符合規(guī)范要求的設(shè)計，在這兩種模式下，RT9525最多只能吸入90mA和475mA的電流。

充電器件怎么能知道現(xiàn)在為我供電的電源是來自USB端口而不是電源適配器呢？在電源的供、需雙方之間能夠借助電源線建立起通訊管道以前，這是一個要另外解決的問題。

幾年前，當(dāng)中國的手機充電器規(guī)范建立起來時，它是這樣來做的：在結(jié)構(gòu)上采用USB接口的結(jié)構(gòu)，利用USB的數(shù)據(jù)線端子“D+”和“D-”來傳遞信息，只要這兩個端子之間是短路的，這就表明供電端是電源適配器。這個方法和標(biāo)準(zhǔn)的USB信號端子不一樣，USB是用來傳遞數(shù)據(jù)的，端子的內(nèi)部連接的是運算放大器的輸入/輸出端，具有較高的阻抗，不可能表現(xiàn)為短路狀態(tài)。所以，只要我們向D+/D-之中的一個端子注入一個電流，然后又能在另外一個端子上接收到這個電流，那我們就知道這兩者之間是短路的，這就說明這個電源供應(yīng)器是電源適配器了，反之則可以被認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)的USB端口。支持USB-OTG應(yīng)用的RT9451的USB偵測功能就是這樣實現(xiàn)的，但并不是市場上的每一個充電IC都具有這一功能，立锜科技的產(chǎn)品也是這樣，大多數(shù)都不具備這一功能。

當(dāng)使用沒有USB端口偵測功能的充電IC但又要完成這一功能時，就只能依靠其它做法來實現(xiàn)了，這對擁有USB通訊功能的系統(tǒng)來說不是難事，但這不屬于我們現(xiàn)在要談的內(nèi)容，就此打住。

七、端口的過壓、過流保護(hù)

幾乎在所有的充電管理器件應(yīng)用中，它們都處在系統(tǒng)的最外圍接口部分。外部電纜在這里反復(fù)地插拔，電流在這里通通斷斷，雖然大多數(shù)外接的電源都是5V的設(shè)計，但實際出現(xiàn)的電壓可能是千差萬別的，尤其是在進(jìn)行插拔操作時和電流變化時，高于設(shè)定電壓的高壓沖擊難以避免。為了避免這一高壓對系統(tǒng)可能帶來的損害，Richtek的大多數(shù)5V供電的充電管理器件都增加了過壓關(guān)斷保護(hù)和28V以上的過壓耐受能力，前者確保高電壓不會進(jìn)入系統(tǒng)造成危害（大多數(shù)過壓關(guān)斷保護(hù)都發(fā)生在6V左右），后者則確保充電管理器件本身不會因過壓而受損。

對于那些采用只能承受較低沖擊電壓的充電管理器件來說，外加過流、過壓保護(hù)器件是必要的選擇，這時候，可以考慮如RT9718這樣的集成化端口保護(hù)器件，它集成了過熱保護(hù)、過流保護(hù)、過壓保護(hù)和電池電壓過壓保護(hù)四種保護(hù)功能，當(dāng)任何一種意外發(fā)生時，它都能在確定的時間內(nèi)將外部電源和內(nèi)部系統(tǒng)之間的聯(lián)系切斷，確保系統(tǒng)的安全，當(dāng)然，它也同時具有耐受高達(dá)28V電壓沖擊的能力，確保自身不會被輕易損壞。

圖二十、過壓保護(hù)IC在鋰離子電池管理系統(tǒng)中的位置

上圖是RT9718在應(yīng)用中的電路連接關(guān)系圖。其中的電阻R_ILIM用于設(shè)定容許的最大通過電流，所以過流保護(hù)點是可設(shè)定的；過壓保護(hù)電壓值則是由具體型號決定的，這在型號定義規(guī)則中予以體現(xiàn)：

圖二十一、RT9718的型號定義規(guī)則——不同的過壓保護(hù)值由不同字母代表

RT9718對過壓狀況的響應(yīng)是極快的，最多1μs，輸出即被關(guān)斷，以防高電壓對后續(xù)電路造成危害。輸出電壓回落至低于OVP電壓100mV后，延時8ms，如果一切正常，開關(guān)將重新打開為后續(xù)電路供電。

對于電流過大的狀況，RT9718的響應(yīng)時間是180μs，這是為了避免誤動作的發(fā)生，只有持續(xù)性的過流才是它要避免的狀況。過流保護(hù)的恢復(fù)時間是64ms，如果過流發(fā)生了16次，開關(guān)將永久性斷開，直至重新發(fā)生POR才會恢復(fù)輸出。

RT9718對電池電壓的過壓檢測是通過VB端實現(xiàn)的，其保護(hù)電壓閾值是4.35V。在這個端子和電池之間串連了一只電阻R_VB，這個電阻對電壓保護(hù)閾值和端子的漏電大小有影響。為了降低電阻造成的保護(hù)電壓閾值變化量，電阻應(yīng)該比較小，但小電阻會加大漏電流，所以需要折中選擇這個電阻的值，它的建議值在200kΩ~1MΩ之間。同樣地，每一次電池電壓過壓保護(hù)的發(fā)生都需要過壓狀況持續(xù)了180μs以上才會被觸發(fā)，它也只能被容許發(fā)生16次，然后就處于永久性的保護(hù)狀態(tài)，直至POR發(fā)生之后才會重啟輸出。

過熱保護(hù)(OTP)的發(fā)生和IC的外部狀況無關(guān)，只要它的內(nèi)部溫度達(dá)到140°C，保護(hù)動作就會發(fā)生，輸出被終止，直至溫度下降20℃以后，重新進(jìn)入工作狀態(tài)。

除了OTP以外，其它每一種保護(hù)的發(fā)生都會導(dǎo)致WRN端的狀態(tài)改變，系統(tǒng)設(shè)計者可以利用這個信號了解問題狀況并采取相應(yīng)的措施去解決問題。

八、線性充電與開關(guān)式充電

在任何情況下，只有外來電源形成的電壓高于電池電壓，電流才能進(jìn)入電池實現(xiàn)充電目標(biāo)，所以幾乎所有的充電用電源適配器輸出電壓都是高于電池最高電壓的。但我們通常并不能將外接電源直接接入電池進(jìn)行充電，這將導(dǎo)致電流不可控的結(jié)果，這也是為什么會有充電管理器件的存在的原因。

要在外接電源和電池之間構(gòu)成恒流、恒壓控制電路，最簡單的做法是采用線性恒流、恒壓源，這也是為什么線性充電管理器件使用得比較多的原因。將最簡單的RT9526的應(yīng)用電路圖和內(nèi)部電路框圖截取下來看看（見下圖），我們就能看到它的實際使用狀況：

圖二十二、由RT9526應(yīng)用電路圖和內(nèi)部框圖示范的線性充電電路實現(xiàn)方法

很顯然，IC內(nèi)部的從VIN到BATT端之間的MOSFET構(gòu)成了外部電源和電池之間的調(diào)整元件（這和線性穩(wěn)壓器非常相似），它在完成調(diào)整任務(wù)的同時，也是一個很討人厭的熱源地——VIN和電池電壓之間的電壓差乘上流過它的充電電流形成的功耗在這里轉(zhuǎn)化為熱量，這是一種浪費，對某些系統(tǒng)來說可能還是個災(zāi)難，這在電池電壓偏低、電源電壓偏高時尤為嚴(yán)重。為了解決這一問題，最簡單的做法是降低輸入電壓（讓輸入電壓略高于電池電壓是最好的做法）、降低充電電流，但降低輸入電壓可能造成電池充不滿的問題（這個做法還常常無法實施，或許有一天會出現(xiàn)自動調(diào)整的電源來滿足這一需要），降低充電電流則會造成充電時間過長的問題。

解決效率和熱問題的另一種做法是棄用線性恒流、恒壓源，改用開關(guān)型轉(zhuǎn)換電路，前面提到過的RT9451就是采用了Buck架構(gòu)的充電電路，這使得它的最大充電電流達(dá)到了4A這樣的水平，而且它的最高輸入電壓可以達(dá)到12V，如果線性系統(tǒng)要在這樣的條件下工作，其最大發(fā)熱量將高達(dá)27W以上，一般的系統(tǒng)根本無法承受。

Richtek的另外一個充電產(chǎn)品系列——RT9531/RT9535/RT9538——也是采用了Buck架構(gòu)的充電電路，但其可工作輸入電壓則更高，為28V，可以為多節(jié)鋰離子電池串聯(lián)的電池組進(jìn)行充電，也可以和其它任何種類的可充電電池配合工作。

采用開關(guān)型充電電路的最大好處是提高了效率，因為它將原來采用線性充電電路時浪費了的能量充分利用了起來。假設(shè)我們以USB500模式對輸入電流進(jìn)行設(shè)限，輸入電壓仍是5V，電池電壓是3.3V，若以線性方式進(jìn)行充電，則充電電流最大就是500mA，此時的輸入功率是2.5W，輸出功率是1.65W，此時有0.85W功率被浪費掉了，而且造成了熱問題。如果改用開關(guān)型充電電路，假設(shè)其轉(zhuǎn)換效率為95%，則輸出功率可達(dá)2.5Wx95%=2.375W，充電電流就可以達(dá)到2.375W/3.3V ≈ 0.72A，這意味著在同樣的輸入電流限制下，充電速度加快了，而且發(fā)熱量極小，只有0.125W。

下面這幅圖是對同一個電池分別用線性充電器和開關(guān)型充電器在USB500電流限制模式下進(jìn)行充電所得的充電電流和充電時間的比較圖，從中可以看到，將電池充電到恒壓充電電流為100mA，線性方式用了14000+秒，開關(guān)方式只用了12500秒。

圖二十三、輸入電流受限條件下線性充電方式和開關(guān)充電方式的對比

從此圖中我們可以看到，在這種輸入電流恒定的模式下，線性充電方式的充電電流是恒定的，而開關(guān)充電方式的充電電流是不恒定的，不恒定的原因有兩個：1，充電電流沒有達(dá)到設(shè)定的充電電流；2，輸入電流恒定意味著輸入功率恒定，在轉(zhuǎn)換效率不變的情況下，輸出功率也是恒定的，隨著輸出電壓的提高，輸出電流就下降了。與線性充電電路中由單只MOSFET就可以構(gòu)成調(diào)整電路不同，開關(guān)型充電電路的構(gòu)成要復(fù)雜得多，它的基本電路如下圖所示:

圖二十四、Buck模式開關(guān)充電電路拓?fù)?/p>

實際上，它就是一個具有恒流、恒壓輸出功能的Buck型降壓電路。由于同步Buck電路的電路主體部分是可逆的，所以，只要對控制電路部分進(jìn)行一些改造，它就可以構(gòu)成Boost電路，只不過這個Boost電路能夠?qū)崿F(xiàn)的是將電池電壓提升以后輸出到Vin端，這就可以反向為外部設(shè)備供電，而這恰好是USB-OTG應(yīng)用所需要的，所以，具有Buck充電方式的RT9450A和RT9451都被設(shè)計成了這樣的形式。

九、對電源適配器的檢測和適應(yīng)

早期的充電管理器件是不關(guān)心給自己供電的電源適配器是否有問題的，只要輸入電壓超過自己的POR（Power ON Reset，上電復(fù)位）電壓，器件就會進(jìn)入工作狀態(tài)并開始按照設(shè)定的充電策略為電池進(jìn)行充電，這時候唯一要保證的是輸入電壓不要超過IC的耐壓。

由于過高的電壓在經(jīng)過線性電路為電池充電時會有熱的問題存在，過高的電壓進(jìn)入系統(tǒng)時可能對后續(xù)電路造成危害，所以過壓保護(hù)電路最先進(jìn)入充電IC的設(shè)計中。

有時候電源適配器的輸出功率不足，較大的負(fù)載電流會造成其輸出電壓下降，而只要輸入電壓高于電池電壓，線性充電電路就能將電流送入電池，如果壓差不足，電流就會自動減小，這個過程中就會出現(xiàn)自動平衡的狀態(tài)，于是乎將IC的POR電壓降低就成了一個自然的選擇。

下面將以概念解釋的方式對一些新方法進(jìn)行介紹，并把相應(yīng)的產(chǎn)品實例介紹給你，以便你可以通過閱讀規(guī)格書對相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用有更多的了解。

AICR
AICR是Active Input Current Regulation的縮寫，翻譯成中文可以這樣說：主動的輸入電流調(diào)整。一般的充電管理都是關(guān)心充電電流，對輸入電流是不太關(guān)心的，因為對于線性充電系統(tǒng)來講，充電電流基本上就等于輸入電流，多出來的部分就是器件自身的消耗，相對來說那部分是很少的。但對具有路徑管理功能的充電器件和采用開關(guān)方式工作的充電器件來說，情況就完全不同了，輸入電流和充電電流常常是不相等的，這時候關(guān)心輸入電流就是有必要的了。我們前面提到的對USB規(guī)范的符合時提到的USB100模式和USB500模式就是這樣的狀況，對此有興趣的讀者可以從上文中提到的相關(guān)產(chǎn)品中去進(jìn)一步了解。

MIVR
MIVR是Minimum Input Voltage Regulation的縮寫，它的中譯文可以是：最低輸入電壓調(diào)整。由于任何實際電壓源的電流供應(yīng)能力都是有限的，當(dāng)它們不能滿足負(fù)載的電流需求時，其電壓將下降。電壓的下降可能帶來這樣的一些后果：輸出功率下降（不是所有電源都如此）；供電源發(fā)生UVP（電壓過低保護(hù)）；供電源崩潰或反復(fù)啟動；低于負(fù)載的最低工作電壓，負(fù)載不能正常工作。這些狀況在USB供電時可能表現(xiàn)得最嚴(yán)重，主機可能因此而死機，這可是有可能帶來災(zāi)難性后果的。

MIVR的作用就是確保輸入電壓不會低于最低值，以此確?？赡艿臑?zāi)難不會出現(xiàn)。由于電壓的降低是由過大的電流消耗引起的，解決此問題的辦法當(dāng)然是降低電流了。RT9451就是這么做的，它可以將最低輸入電壓調(diào)整到4.2V至4.76V之間，此電壓是可以設(shè)定的，步進(jìn)間距是80mV。下圖顯示了RT9451在實現(xiàn)這種調(diào)整時的電流狀況，可以看到由于供電能力不足，期望的輸入電流不會得到滿足，以便維持最低輸入電壓在設(shè)定的水平上。

圖二十五、RT9451的最低輸入電壓調(diào)整示意圖——輸入電流因輸入電壓調(diào)整而受限

Bad Adapter Detection這當(dāng)然就是適配器故障檢測功能了，它用于檢測適配器是否具有供電能力，這個操作僅在充電管理器件的輸入電壓上升階段進(jìn)行。當(dāng)RT9451的VIN端檢測到電壓超過預(yù)設(shè)的V_IN(MIN)時，IC內(nèi)部在VIN端接入一個大約為30mA的恒流源并持續(xù)32ms的時間，如果此電流在此時間段內(nèi)能夠持續(xù)存在并且VIN端電壓維持在V_IN(MIN)之上，則認(rèn)為此適配器具備供電能力，后續(xù)操作可以繼續(xù)進(jìn)行下去，否則就將IC的全部工作停下來并將內(nèi)部的狀態(tài)位置位，系統(tǒng)中的MCU可以借此狀態(tài)位的信息做出相應(yīng)的后續(xù)操作。當(dāng)此問題存在時，RT9451將以2s為周期重復(fù)進(jìn)行監(jiān)測工作，直至問題被消除為止。截取自規(guī)格書的下圖顯示了檢測方法和流程：

圖二十六、RT9451的電源適配器故障檢測方法和處理流程

十、狀態(tài)指示

人機界面是我們?nèi)祟惡蜋C器設(shè)備打交道時了解系統(tǒng)狀況、操控設(shè)備的界面，這其中最基本的就是狀態(tài)指示。對于鋰離子電池來說，當(dāng)進(jìn)行充電池充電時，電源狀態(tài)是否有異常？充電過程是否還在進(jìn)行過程中？這些信息是設(shè)備使用者非常關(guān)心的內(nèi)容。Richtek的每一款充電管理器件都提供了這樣的信息輸出，它們通常是用某些個端子的狀態(tài)或是通過內(nèi)部寄存器的數(shù)據(jù)狀態(tài)來表達(dá)的，通過外接LED或是將狀態(tài)信息讀入系統(tǒng)的控制器中再通過其它方式表現(xiàn)出來，讓使用者可以隨時了解當(dāng)前狀況是怎樣的以提高使用者的舒適程度。前文顯示的應(yīng)用電路圖中出現(xiàn)的LED符號都是起這種作用的，要注意的是IC的信號輸出端子，有一部分是比較單純的兩種狀態(tài)輸出——開或關(guān)、高或低，有一些是多態(tài)輸出的，最典型的是具有第三種狀態(tài)——高阻狀態(tài)，請在設(shè)計時正確理解并好好加以利用。

十一、電池容量的測量及其解決方案

前一段中我們談到了Richtek的每一款充電管理器件都提供了簡單的狀態(tài)指示信息以提高最終使用者的體驗舒適程度，但那只是最低程度上的。只使用簡單的狀態(tài)信息，我們只能得到現(xiàn)在怎么樣的信息，我們絕不可能由這些狀態(tài)信息對未來的過程進(jìn)行預(yù)測，例如我們無法預(yù)知還有多少時間才能將電池充滿，也不知道現(xiàn)在電池的充滿程度；我們更不能借助充電系統(tǒng)去了解電池放電過程中的電池狀況，不知道在某種狀態(tài)下電池還能使用多久。要解決這些問題，我們需要使用電池容量測量工具——Battery Gauge，Richtek的RT9420和RT9428就是為此而生的。由于RT9420和RT9428具有相同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，我們就以RT9428為例來進(jìn)行說明。下圖是RT9428的應(yīng)用電路圖：

圖二十七、電池容量計RT9428的應(yīng)用電路簡圖

在RT9428的規(guī)格書中，它被描述為“System-Side Fuel Gauging”，翻譯成中文：“系統(tǒng)側(cè)電池容量計”。這意味著RT9428在使用時不是被放在電池包里的，這與常用的筆記本電腦的電池容量計的使用方法不同，如果更換了一塊電池，RT9428給出的電池容量信息是關(guān)于新電池的，這意味著它能及時感知到當(dāng)前和它連接的電池的容量，因為它采用的是以電池電壓為計算依據(jù)的電池容量測算方法。以一臺手機為例，如果對它的電池放電過程進(jìn)行測量，可以得到如下的電壓和時間之間的關(guān)系曲線：

圖二十八、某實物手機的電池放電過程電壓曲線

與之對應(yīng)，可以得到相應(yīng)的電壓和電池容量之間的關(guān)系曲線如下圖所示：

圖二十九、不同參數(shù)下計算得到的電池容量和實際容量之間的關(guān)系

其中的藍(lán)色直線就是理想的電池容量曲線，上下兩圖之間的曲線是存在對應(yīng)關(guān)系的。所以，只要測得電池電壓，就可以對應(yīng)的得到理想的電池容量數(shù)據(jù)。但很可惜，實際的電池充放電曲線總是不理想的，受電池內(nèi)阻的影響，負(fù)載電流又在不斷的變化，實際測量到的電池電壓和實際的電池電壓總是不一樣的，所以不能直接從測量到的電壓得到準(zhǔn)確的電池容量信息，我們得到的電池容量信息可能落在上圖所示的黃色和灰色曲線上去，也就是說誤差太大了。我們的目標(biāo)是要將數(shù)據(jù)盡可能地落到藍(lán)色直線上，例如經(jīng)過優(yōu)化的數(shù)據(jù)如果落在紅色曲線上，那么這個數(shù)據(jù)就是可以接受的，而這一目標(biāo)的實現(xiàn)就有賴于我們對電池特性的深刻了解上。

為了實現(xiàn)上述的目標(biāo)，需要選用RT9428作為電量測量元件的用戶需要將與電池有關(guān)的測量數(shù)據(jù)提供給我們，或是將電池提供給我們由我們來提取相關(guān)的測量數(shù)據(jù)，讓我們可以對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行仔細(xì)的分析計算以后得出一些特征值，再將這些特征值植入用戶的系統(tǒng)驅(qū)動程序中，系統(tǒng)在工作時要實時地將溫度數(shù)據(jù)和這些特征數(shù)據(jù)經(jīng)過I²C總線提供給RT9428，RT9428再將這些數(shù)據(jù)和它持續(xù)獲得的電池電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行迭代運算以后計算出實際的電量信息，并將這些電量信息返回給系統(tǒng)使用。這種經(jīng)過修正的數(shù)據(jù)能比較準(zhǔn)確地反映電池的實際容量，下面幾幅圖是RT9428在不同的充放電模式下實際計算出來的電池容量和實際電池容量之間的關(guān)系圖，你將看到這些誤差的最大值是落在+/-3%以內(nèi)的，這比友商的類似產(chǎn)品好很多。

圖三十、不同充放電模式下計算得到的電池容量和實際容量之間的關(guān)系及其誤差

目前，RT9428的相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)完全成熟，以其IP為構(gòu)成單位構(gòu)建的高集成度產(chǎn)品已在國際大廠產(chǎn)品中得到大量使用，是完全值得信賴的產(chǎn)品。

十二、充電器件的測試模式

最后才想起這個話題，實在是因為測試模式不是充電IC本身的功能，在談電池管理的時候想不到這上面去，但這卻是充電管理器件在使用過程中必然會遇到的問題。

充電管理是按照電池的特性來進(jìn)行的，串聯(lián)連接模式下的負(fù)載是和電池并聯(lián)連接的，如果電池不在系統(tǒng)中，充電管理器件就把負(fù)載當(dāng)作電池來看待了。我們的問題是：負(fù)載特性能像電池特性嗎？答案當(dāng)然是否定的。所以，它們之間的相容性問題就出來了。這個問題會在什么時候呈現(xiàn)出來呢？產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的測試階段——通常情況下，這個時候系統(tǒng)中是不帶電池的。

當(dāng)這里提到的相容性問題出現(xiàn)的時候，負(fù)載要么不能進(jìn)入正常的工作狀態(tài)，要么斷斷續(xù)續(xù)地工作——反復(fù)重啟，到底發(fā)生什么現(xiàn)象，完全取決于負(fù)載的特性和充電電流之間的復(fù)雜關(guān)系。這種狀況有時可以通過在測試支架上加上一個大電容來模擬電池接入系統(tǒng)去解決，但有時可能根本無效，因為當(dāng)負(fù)載在低電壓下消耗的電流超出充電器件提供的預(yù)充電電流時，負(fù)載是永遠(yuǎn)不能得到一個可工作電壓的。

這個問題的解決只能通過設(shè)置一個充電管理器件的測試模式來完成：在測試模式下，充電管理器件表現(xiàn)為一個具有無限電流供應(yīng)能力的電壓源，這樣就可以讓負(fù)載進(jìn)入正常的工作狀態(tài)。下圖截取自我們的AE制作的一份產(chǎn)品介紹文件：

圖三十一、RT9532的測試模式

RT9532是一款線性單節(jié)鋰離子電池充電器件，它可以通過在EN/SET端施加脈沖信號來改變其工作模式，這些工作模式中包含了USB規(guī)范需要的USB100和USB500模式（最多從USB輸入獲取100mA電流或500mA電流）、支持電源適配器供電的ISET模式（最大充電電流由ISET端電阻確定，其值為1.2A）和工廠模式，這工廠模式也就是我們在這里談?wù)摰臏y試模式，在此模式下，不需要裝入電池，系統(tǒng)即可正常工作，器件可以提供最多2.3A的電流供系統(tǒng)使用而不會進(jìn)入充電截至狀態(tài)。

順便提一下，像RT9532這樣采用在一個端子上輸入一系列脈沖來改變芯片的工作狀態(tài)的做法是比較簡單的降低器件成本的做法，與采用多個端子的組合相比，其引腳數(shù)較少（有時增加一個引腳就意味著封裝的改變）；與采用I²C總線之類的接口相比，IC內(nèi)部的電路會簡單許多（用簡單的計數(shù)器就可以改變芯片的工作狀態(tài)了）。如果說在4個模式間進(jìn)行切換，這一做法的優(yōu)勢還不明顯，更多的模式下這一優(yōu)勢就凸現(xiàn)出來了，具體案例請參看下圖，它是關(guān)于另一個型號RT9536的，我們可以把這種做法叫做以時間換空間。

RT9536 Linear Single Cell Li-ion Battery Charger

圖三十二、用時間換空間——RT9536通過單線脈沖改變工作模式和充電電壓的方法