鋰離子電池是1990年才被發明的事物,這個時間比我進入IC領域早了10年。
立锜是1998年才成立的公司,我與它發生關系的時候,它在鋰離子電池領域賣得最多的產品是保護IC,賣得最多的型號是RT9541OCER。競爭最激烈的時候,RT9541OCER是以不定價的方式出貨給代理商的,直至賣出以后才和代理商確定出貨價格,這種方式不合常規,但真的是這么做的。
立锜的第零款充電IC型號是RT9161B,還知道這個型號的人我估計再也沒有了,它實際上是RT9161/A的一種變形,我好像也沒有把它賣出去過。因為這些原因,我把它的編號放在零上。
有那么一個時期,鋰離子電池已經開始被部分用戶批量使用了,市場上卻沒有好用的充電IC,沒辦法的我用多顆IC構成了一個不好但是堪用的電路銷售給用戶,這個方案要比其它廠商提供的方案貴很多,但是可以避免電池出現安全和漏電問題,成功地度過了一段荒蕪時期。
立锜真正銷售的第一款充電IC是RT9501,根據恒壓充電階段的充電電壓的不同,這款型號被分為A和B兩個分型,分別滿足4.1V電池和4.2V電池的需要。這款產品的規格書至今可在立锜的官網上看到,說明它仍處于銷售狀態。
RT9501是個控制器,調整管需要外掛,完整的應用電路長成下面的樣子:

Q1是外掛的調整管,CS與CC端之間的電壓差決定了它的工作狀態或導通程度,R4在這里是一個必須的存在,因為CC端是一個漏極開路的電流吸入端子,此電流必須經過R4以后才能形成Q1源-漏之間的電壓差;RCS的作用是檢測充電電流的大小,充電電流流過它形成的電壓差在VDD和CS端之間被IC所檢測;BATT端對輸出電壓也就是電池電壓進行檢測;和電池放在一起的負溫度系數(NTC)熱敏電阻對溫度進行檢測,它與RT2并聯以后和RT1一起對VDD供電電壓進行分壓再施加到溫度檢測端TS,內部電路根據TS端電壓與VDD之間的關系決定何時容許充電、何時不容許充電。FB/CE端具有雙重作用,它既可以對芯片進行使能控制,又可以作為輸出電壓反饋端來使用,這樣就容許對不同充電電壓的電池進行充電,也可滿足精密調節電池充電電壓的需求,在此電路中,它的作用是作為使能端CE而存在。STAT是個可有三種狀態的輸出端子,可用它對IC的工作狀態進行表達。二極管D1的作用是防止反向電流流入供電源中,也能防止輸入端與地短路帶來的危害,因為Q1內部的寄生二極管會在輸入電壓低于電池電壓時導通使電池失去電量。
一種可以避免經過Q1流失電量的方法是用PNP晶體管代替P-MOSFET,其應用電路如下圖所示:

我們都知道PNP管是用電流來驅動的,采用此電路時CC端就要流過比較大的電流,這對降低功耗顯然是不利的,而且CC端也有最大吸入電流的限制,所以在選用PNP管的時候要考慮它的電流放大能力,這個參數小了以后就可能不能達到希望的最大充電電流。
作為第一代的鋰離子電池充電IC,RT9501已經具有了完整的三階段充電策略,充滿以后可以自動停止充電進程,切斷電池與供電源之間的聯系,并且可以隨時監視電池的電壓變化情況,并在電池電壓下降超過100mV時重啟充電過程,盡可能確保電池電量總是處于可能的最高狀態,為離開電源以后的設備提供最大續航力。下圖是RT9501的充電策略曲線圖,供讀者參考:

要實現這樣的充電策略,IC的內部還是很復雜的,我們看到的外部電路其實僅僅是冰山之一角。下面就來欣賞一下RT9501的內部電路框圖:

當外部電源存在并且其電壓高于電池電壓和IC的啟動電壓的時候,充電IC根據電池電壓狀況決定自己的工作狀態。如果電池電壓低于預充電壓閾值,電流控制回路就以很小的電流對電池進行充電,直至電池電壓超過預充電壓閾值,充電電流再切換到正常的設定電流進行恒流充電以便快速增加電池電量。當恒流充電使電池電壓提升到電壓控制回路所設定的充電電壓時,電壓控制回路的作用就蓋過了電流回路的作用,此時的輸出電壓是恒定的,而輸出電流則隨著電池的越來越滿而越來越小,當它小到一定的程度時(觸及充電終止電流閾值),我們就認為電池已經充滿了,于是完全停止充電過程,調整管關斷,再也沒有電流流入電池。此后,復充控制電路對電池電壓進行檢測,如果它發現電池電壓低于充電電壓某個值(如100mV),它便觸發復充過程。很顯然,復充階段是從恒流充電開始的,此后它會進入恒壓充電階段,并在充電電流再次觸及充電終止電流閾值時停止復充過程。
睡眠狀態的進入是以VDD電壓低于BATT電壓為條件的,這種狀態通常都意味著外部電源已經撤下了,電路無法再獲取電能為電池進行充電,IC此后的工作電源來自電池,這對電池來說純屬消耗,所以,這時的IC消耗會被最小化,很多電路都完全處于不工作的狀態。
在某些充電IC的規格書中常常會提及狀態機的概念,實際上就是這些IC會不斷對自己所面臨的外在環境進行檢測,同時也會記錄已經經歷過的一些狀態,然后判定自己當前所處的狀態,再根據此狀態決定要采取的行為,這使得它們可以在任何時候都能進入最合適的工作狀態。當理解了這一點以后,上面所說的那些充電過程就很容易被理解了,它們不過是狀態機的不同狀態被連接起來以后的外在顯現而已,實際上它可能從來沒有想過要去形成那些過程。
作為一種早期的產品,RT9501容許的最高輸入電壓是7V,這在要求不太高的時代還是很合適的,畢竟大多數的供電接口都是5V輸出。但是我們在實際的應用中常常可以看到更高的輸入電壓尖峰,這樣的狀態多是由不是很合適的電路在插拔中的瞬態過程造成的,所以,RT9501的后續產品們通常都具有十幾V甚至30V的高壓耐受能力。
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