手机电池充电、放电原理与电路结构讲解，（全网唯一）

手机电池充电、放电原理与电路结构讲解，（全网唯一）

电池充放电电路是手机中最关键的电路之一，是手机所有功能的源泉。 如果这个电路出现问题，整个手机就会工作不稳定，甚至无法开机。

手机的电源来自电池。 电池电压经过电源管理IC后，输出给各个负载。 这种电源管理芯片叫做PMIC，Power IC。 ，这是手机的主电源。 该电源有的平台称为Vsys，有的平台称为Vsys。 是的，高端手机有几百个电源，低端手机有六七十个电源，都是来自Vsys。

在极少数情况下，Vsys 无法为负载提供高电流要求。 这时可以考虑直接从电池Vbat取电。 当然，这是非常非常难得的应用和设计场景。

从电池的角度来看，它既可以放电为整个手机提供能量，也可以充电来储存能量。 放电时，电流遵循输出路径，如上图中绿色曲线路径所示。 充电时，它遵循输入路径，如上图淡蓝色所示。 红色和红色路径，usb充电线的充电电流通过typec接头进来，然后通过PMIC或辅助充电IC进入电池，实现充电功能； 充电路径中的红色路径是电荷泵的大功率充电，浅蓝色路径是BUCK小功率充电路径，其实把浅蓝色路径套在上面就是BOOST升压结构，所以手机手机还可以通过typec接口升压给其他设备供电。

有同学很好奇，为什么充电有两条路？

这两条充电路径中的一条为主充电路径，另一条为辅助充电路径。 辅助充电路径充电功率大。 我们现在手机中的快充主要是靠辅助充电IC来实现大功率充电。

让我们结合下图中的充电电压电流曲线，重新了解一下手机的充电过程。 如果电池过度放电或长时间不使用，则电量很低，甚至低于3.5V。 下图中的电池是从3V开始充电的，这个时候叫做预预充电。 预充电过程是主要的充电IC工作。 充电路径如上图中淡蓝色曲线所示。 USB 数据线上的电流与进入电池的电流基本相同。 预充电后，到达T1 CC阶段（CC阶段为恒流阶段），该阶段的特点是电池电压缓慢上升，而电流保持不变。 图中电流稳定在3A，而电池电压从3V逐渐上升到3.5V，电池电量缓慢。 上升。

下一个到达时间T2-T3也是CC阶段。 从T2开始，辅助充电IC开始介入充电过程。 充电路径如上图中红色曲线所示。 这时候充电功率发生了明显的变化，USB充电线上的电流可以达到4A。 ，进入手机的电流是USB电流的两倍，大约8A。 图中辅助充电IC为降压型电荷泵充电架构，其特点是电压减半，电流加倍。 USB提供的电流是4A，给电池充电的电流是8A。 如果USB供电是8V左右，电池电压是4V，那么电压减半，电流加倍。 8V*4A=32W。 此时充电器的充电功率约为32W。 这里特别提一下。 电荷泵原理参考上一篇：《一文看懂电荷泵供电原理》。

快速充电的持续时间很短。 当电池电量达到一定程度后，充电电流下降，充电过程进入T3-T4。 此时的特点是电池电压不变，但电流逐渐减小。 这叫做CV过程，恒压充电，但是usb电流和电池电流依然保持着1:2的关系，此时的充电功率并不低。

T4时间后，充电功率明显下降，辅助充电IC休息，让主充电IC慢慢工作，此时进入CV阶段，电池逐渐充满。

以上就是对手机充放电架构和工作流程的介绍。 需要说明的是，手机的功率和电压并不是100%正相关的。 在要求不高的场合，我们可以用电池电压来粗略估计电量。 在对功率精度要求高的场合，一款高精度且人性化的电量计设计非常重要。 因此需要结合电压和电流来估算和拟合功率。 例如，一些电量计使用卡尔曼滤波来估算功率。 比较简单的方法是将电流积分与电压互补来估算功率。 另外，当电池电量不足时，放电会非常快。 用户不可能看着手机上一秒电量15%，下一秒突然变成1%。 有的手机连玩游戏，电量反而跳起来。 是的，这是一次非常不友好的经历。

让我们看看实际的充电曲线。 上图是手机的实际充电曲线。 黄色是usb电压，蓝色是usb电流，橙色是功率。 高功率的持续时间很短。 这款手机采用了更为复杂的电池和充电架构设计：120W二次充电技术，利用两个电荷泵将USB网络的20V6A高压大电流转换为两路10V6A电压电流，最后合并为大电流输入电池实现120W高级二次充电。 充电，为了实现电池充电，手机采用了双串联电池架构。 双电池串联的特点是：总电压升高，容量不变； 双电池并联的特点是：总电压不变，容量增加。 由于电池串联连接，总电压加倍。 在总电流相同的前提下，串联设计会带来更快的充电功率。

以上就是手机充放电架构和工作流程的介绍。 不过，我更期待的是电池技术本身的进步。 容量更大、稳定性更好、充电速度更快的电池才是根本。