关于充电IC的性能分析和介绍

锂离子电池是1990年才被发明的事物，这个时间比我进入IC领域早了10年。

立锜是1998年才成立的公司，我与它发生关系的时候，它在锂离子电池领域卖得最多的产品是保护IC，卖得最多的型号是RT9541OCER。竞争最激烈的时候，RT9541OCER是以不定价的方式出货给代理商的，直至卖出以后才和代理商确定出货价格，这种方式不合常规，但真的是这么做的。

立锜的第零款充电IC型号是RT9161B，还知道这个型号的人我估计再也没有了，它实际上是RT9161/A的一种变形，我好像也没有把它卖出去过。因为这些原因，我把它的编号放在零上。

有那么一个时期，锂离子电池已经开始被部分用户批量使用了，市场上却没有好用的充电IC，没办法的我用多颗IC构成了一个不好但是堪用的电路销售给用户，这个方案要比其它厂商提供的方案贵很多，但是可以避免电池出现安全和漏电问题，成功地度过了一段荒芜时期。

立锜真正销售的第一款充电IC是RT9501，根据恒压充电阶段的充电电压的不同，这款型号被分为A和B两个分型，分别满足4.1V电池和4.2V电池的需要。这款产品的规格书至今可在立锜的官网上看到，说明它仍处于销售状态。

RT9501是个控制器，调整管需要外挂，完整的应用电路长成下面的样子：

Q1是外挂的调整管，CS与CC端之间的电压差决定了它的工作状态或导通程度，R4在这里是一个必须的存在，因为CC端是一个漏极开路的电流吸入端子，此电流必须经过R4以后才能形成Q1源-漏之间的电压差；RCS的作用是检测充电电流的大小，充电电流流过它形成的电压差在VDD和CS端之间被IC所检测；BATT端对输出电压也就是电池电压进行检测；和电池放在一起的负温度系数（NTC）热敏电阻对温度进行检测，它与RT2并联以后和RT1一起对VDD供电电压进行分压再施加到温度检测端TS，内部电路根据TS端电压与VDD之间的关系决定何时容许充电、何时不容许充电。FB/CE端具有双重作用，它既可以对芯片进行使能控制，又可以作为输出电压反馈端来使用，这样就容许对不同充电电压的电池进行充电，也可满足精密调节电池充电电压的需求，在此电路中，它的作用是作为使能端CE而存在。STAT是个可有三种状态的输出端子，可用它对IC的工作状态进行表达。二极管D1的作用是防止反向电流流入供电源中，也能防止输入端与地短路带来的危害，因为Q1内部的寄生二极管会在输入电压低于电池电压时导通使电池失去电量。

一种可以避免经过Q1流失电量的方法是用PNP晶体管代替P-MOSFET，其应用电路如下图所示：

我们都知道PNP管是用电流来驱动的，采用此电路时CC端就要流过比较大的电流，这对降低功耗显然是不利的，而且CC端也有最大吸入电流的限制，所以在选用PNP管的时候要考虑它的电流放大能力，这个参数小了以后就可能不能达到希望的最大充电电流。

作为第一代的锂离子电池充电IC，RT9501已经具有了完整的三阶段充电策略，充满以后可以自动停止充电进程，切断电池与供电源之间的联系，并且可以随时监视电池的电压变化情况，并在电池电压下降超过100mV时重启充电过程，尽可能确保电池电量总是处于可能的最高状态，为离开电源以后的设备提供最大续航力。下图是RT9501的充电策略曲线图，供读者参考：

要实现这样的充电策略，IC的内部还是很复杂的，我们看到的外部电路其实仅仅是冰山之一角。下面就来欣赏一下RT9501的内部电路框图：

当外部电源存在并且其电压高于电池电压和IC的启动电压的时候，充电IC根据电池电压状况决定自己的工作状态。如果电池电压低于预充电压阈值，电流控制回路就以很小的电流对电池进行充电，直至电池电压超过预充电压阈值，充电电流再切换到正常的设定电流进行恒流充电以便快速增加电池电量。当恒流充电使电池电压提升到电压控制回路所设定的充电电压时，电压控制回路的作用就盖过了电流回路的作用，此时的输出电压是恒定的，而输出电流则随着电池的越来越满而越来越小，当它小到一定的程度时（触及充电终止电流阈值），我们就认为电池已经充满了，于是完全停止充电过程，调整管关断，再也没有电流流入电池。此后，复充控制电路对电池电压进行检测，如果它发现电池电压低于充电电压某个值（如100mV），它便触发复充过程。很显然，复充阶段是从恒流充电开始的，此后它会进入恒压充电阶段，并在充电电流再次触及充电终止电流阈值时停止复充过程。

睡眠状态的进入是以VDD电压低于BATT电压为条件的，这种状态通常都意味着外部电源已经撤下了，电路无法再获取电能为电池进行充电，IC此后的工作电源来自电池，这对电池来说纯属消耗，所以，这时的IC消耗会被最小化，很多电路都完全处于不工作的状态。

在某些充电IC的规格书中常常会提及状态机的概念，实际上就是这些IC会不断对自己所面临的外在环境进行检测，同时也会记录已经经历过的一些状态，然后判定自己当前所处的状态，再根据此状态决定要采取的行为，这使得它们可以在任何时候都能进入最合适的工作状态。当理解了这一点以后，上面所说的那些充电过程就很容易被理解了，它们不过是状态机的不同状态被连接起来以后的外在显现而已，实际上它可能从来没有想过要去形成那些过程。

作为一种早期的产品，RT9501容许的最高输入电压是7V，这在要求不太高的时代还是很合适的，毕竟大多数的供电接口都是5V输出。但是我们在实际的应用中常常可以看到更高的输入电压尖峰，这样的状态多是由不是很合适的电路在插拔中的瞬态过程造成的，所以，RT9501的后续产品们通常都具有十几V甚至30V的高压耐受能力。