電池充放電電路是手機中最關鍵的電路之一，是手機一切功能的源頭，如果該電路出現(xiàn)問題會使得整個手機工作不穩(wěn)定， 甚至無法開機。手機的電是從電池來的，電池電壓經(jīng)過電源管理IC后，輸出到各個負載，這個電源管理芯片叫做PMIC，Power Management IC ，比如下圖所示，電池的電經(jīng)過PMIC后轉換為一個叫做system的電，這就是手機的主電源，這個電源有的平臺叫Vsys，有的平臺叫VPH_PWR，總之萬事萬物都是想通的，不管叫什么電，手機來其他模塊的電都是從這路電轉換而來的，高端手機里有上百路電源，低端手機也有林林總總六七十路電源，都是從Vsys來的。

有極個別的情況是Vsys無法提供負載大電流要求，此時可以考慮直接從電池Vbat抽電，當然這是非常非常少見的應用和設計場景。

從電池的角度來看，它既放電為整個手機提供能量，也會被充電儲存能量，放電時電流走的是輸出路徑，見上圖綠色曲線路徑，充電時走輸入路徑，見上圖淺藍色和紅色路徑，usb充電線的充電電流經(jīng)過typec連接器進來后經(jīng)過PMIC或者輔助充電IC進入電池，實現(xiàn)充電功能;充電路徑中紅色的是電荷泵高功率充電，淺藍色路徑是BUCK低功率充電，其實把淺藍色路徑放過來就是BOOST升壓結構，因此手機也可以升壓，通過typec接口給其他設備用電。

有同學好奇，為什么充電還要走兩個路徑?

這兩條充電路徑一條是主充電路徑，一條是輔助充電路徑，輔助充電路徑充電功率大，我們當前手機里的快充主要就是依靠輔助充電IC實現(xiàn)大功率充電的。

我們結合下圖的充電電壓電流曲線，再次深刻理解下手機充電過程，假如電池被過放，或長時間不使用，電量非常非常低，甚至低于3.5V，下圖中電池是從3V開始充電的，此時叫做pre-charge預充電，預充電過程就是主充電IC在工作，充電路徑見上圖淺藍色曲線，USB線纜上的電流和進入電池的電流基本一致，經(jīng)過預充電后達到T1 CC階段(CC階段是Constant current恒流階段)，這個階段的特點是電池電壓緩慢上升，而電流保持不變，圖中的電流是穩(wěn)定在3A，而電池電壓逐漸從3V上升到3.5V，電池電量緩慢上升。

接下來到達時間T2-T3也是CC階段，從T2開始，輔助充電IC開始介入充電過程，充電路徑見上圖紅色曲線，此時的充電功率有了大幅變化，USB充電線上的電流可以達到8A，進入手機的電流是USB電流的一半，大約是4A，圖里輔助充電IC是降壓電荷泵充電架構，特點是電壓減半，電流加倍，電池充電電流是4A，假如電池電壓是4V，那么此時電池舜時充電功率就是4*4等于16W，USB提供的大約是8V2A也是16W，電荷泵的原理參考以前文章：《一文理解電荷泵電源原理》。

快充的持續(xù)時間是很短的，當電池到達一定程度后，充充電電流就會下降，充電過程進入T3-T4，此時的特點是，電池電壓不變，而電流逐漸降低，此時叫做CV過程，Constant voltage，恒壓充電，不過呢，usb電流和電池電流還是保持2:1的關系，此時的充電功率也不低。

T4時間以后，充電功率就明顯下降，輔助充電IC休息了，讓主充電IC慢慢工作，此時是就進入CV階段，電池慢慢也就充滿電了。

以上就是手機充放電架構及工作流程的介紹，需要說一句的是，手機的電量和電壓不是100%正相關關系，在要求不高的場合我們可以用電池電壓粗略估計電量，但是在手機這種對電量準確性要求高的場合，高精度體驗友好的電量計設計是非常重要的，因此需要結合電壓和電流對電量進行估計和擬合，比如有的電量計就用卡爾曼濾波估計電量，更簡單點的做法是對電流積分來和電壓互相補充來估計電量。此外，電池低電量時放電會特別快，不能讓用戶上一秒看手機還有15%的電，下一秒就突然變成1%了，甚至有的手機玩一玩游戲，電量反而蹦高了，這都是非常不友好的體驗。

我們看下實際充電曲線，上圖是某手機實測的充電曲線，黃色是usb電壓，藍色是usb電流，橙色是功率，大功率的持續(xù)時間只有1小段，該手機使用了更復雜的電池和充電架構設計：120W秒充技術，它采用的是兩顆電荷泵設計，將USB網(wǎng)絡的20V3A高電壓和高電流轉換為兩路10V6A電壓電流，最終匯合成10V12A的大電流輸入電池，實現(xiàn)120W高級秒充，為了實現(xiàn)10V12A電池充電，該手機使用雙串電池架構，雙電池串聯(lián)的特點是：總電壓升高、容量不變;雙電池并聯(lián)的特點是：總電壓不變，容量升高。由于電池串聯(lián)，總電壓加倍，在總電流相同的前提下，串聯(lián)設計將會帶來更快的充電功率。

以上就是手機充電放電架構和工作流程的介紹，然而筆者更期望的還是電池技術本身的進步，容量更大、更穩(wěn)定、充電更快的電池才是根本。

原文標題：好文!手機電池充、放電架構與工作流程講解

文章出處：【微信公眾號：凡億PCB】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

審核編輯：湯梓紅