3. 充电管理:充电芯片选型、充电曲线(CC/CV)、充电安全与热管理、路径管理
好,咱们进入充电管理这块。说实话,智能手表的充电管理比手机要麻烦得多。为什么?因为空间太小,电池又娇气。我做过好几款手表,每次在充电这块都踩过坑,今天我把这些经验掰开了讲给你听。
3.1 充电芯片选型:别只看封装大小
选充电芯片,很多新手第一眼看封装。嗯,这没错,手表里确实寸土寸金。但我告诉你,光看封装会吃大亏。
我个人习惯,先看三个硬指标:
- 输入耐压:手表经常被乱插充电器,万一碰到QC快充头,输入电压飙到9V甚至12V。芯片耐压不够,直接冒烟。我建议选耐压28V以上的,别省这个钱。
- 充电电流范围:手表电池一般就100mAh~500mAh。充电电流太大,电池老化快;太小,用户骂街。我一般选可编程的,比如通过I2C调电流。
- 终止电流精度:这个很多人忽略。CC/CV切到CV阶段后,电流会慢慢下降。如果芯片检测不准,提前判满,电池充不满;判晚了,过充。我遇到过一款芯片,终止电流误差±20%,结果电池容量越用越少。
我常用的几款芯片(仅供参考):
- TI BQ25120A:集成路径管理,适合小电池
- Maxim MAX77650:超小封装,带电源管理一体化
- 微源 LP4054:便宜,但功能简单,适合低端产品
3.2 充电曲线(CC/CV):别把电池充坏了
锂离子电池充电,说白了就两个阶段:先恒流(CC),再恒压(CV)。
恒流阶段(CC):电池电压低的时候,芯片以设定电流往里灌。比如设200mA,电压从3.0V慢慢往上涨。这时候要注意,电流不能太大。我曾经见过一个项目,为了缩短充电时间,把电流设到1C(电池容量的1倍),结果电池循环寿命直接砍半。
恒压阶段(CV):电压涨到4.2V(或4.35V,看电池规格),芯片转为恒压模式。电流开始下降,直到降到终止电流(比如10mA),芯片判满。
这里有个坑:CV阶段的电压精度。如果芯片的基准电压偏差±1%,4.2V就变成了4.158V~4.242V。低了充不满,高了过充。我建议选精度±0.5%以内的芯片。
我的经验:手表电池小,CC阶段可以适当缩短。比如电池容量200mAh,设150mA充到4.0V,然后切CV。这样充电时间能控制在1小时左右,用户能接受。
3.3 充电安全与热管理:别让手表变暖手宝
充电发热是手表的通病。你想想看,那么小的壳子,芯片、电池挤在一起,散热全靠外壳。我做过一款手表,充电时外壳温度飙到45°C,用户直接投诉。
热管理怎么做?
- 热调节(Thermal Regulation):选带热调节功能的芯片。当芯片温度超过设定值(比如85°C),自动降低充电电流。我习惯设到80°C就开始降流,留点余量。
- NTC热敏电阻:电池上贴一个NTC,检测电池温度。如果电池温度超过45°C或低于0°C,停止充电。锂离子电池在低温下充电,会析锂,严重时短路起火。这个绝对不能省。
- PCB布局:充电芯片底下铺铜,打过孔到地平面。我见过有人把充电芯片放在电池正下方,结果热量全传给电池了。嗯,这是低级错误。
警告:千万不要为了省成本去掉NTC。我曾经在一个低端项目上这么干过,结果电池鼓包了。后来被老板骂了一顿,从那以后我再也不敢省这个。
3.4 路径管理:边充边用不打架
路径管理(Power Path Management)是手表充电的核心。说白了,就是充电器进来后,是优先给电池充,还是优先给系统供电?
没有路径管理的方案:充电器直接连电池,系统也从电池取电。边充边用的时候,电池一直在充放充放,寿命掉得飞快。而且电池没电时,插充电器要等电池充到一定电压,系统才能开机。用户体验很差。
有路径管理的方案:充电器进来后,先经过一个MOS管,一路给系统供电,一路给电池充电。系统永远优先用充电器的电,多余的电才给电池。电池没电时,插充电器系统立刻就能开机。
我常用的路径管理芯片,比如TI的BQ25120A,内部集成了这个功能。它有个SYS引脚,直接输出给系统。我习惯把SYS电压设到4.4V,这样即使电池电压只有3.0V,系统也能稳定工作。
路径管理的几个关键点:
- VSYS电压:要高于电池最高电压,否则电池会反向放电。一般设4.4V~4.5V。
- 输入电流限制:手表充电接口一般只能承受500mA~1A。如果系统功耗大,要限制充电电流,优先保证系统供电。
- 电池补电:电池深度放电(低于2.5V)时,先用小电流(比如10mA)预充,等电压升到3.0V再正常充。这个功能很多芯片自带,但要注意预充阈值是否可调。
好了,充电管理这块就讲这么多。下一章咱们聊聊电池保护与电量计,那个更烧脑。有什么问题,欢迎来公众号找我聊。