一、恒流充電階段：精準(zhǔn)電流控制是核心

　　恒流階段需將充電電流穩(wěn)定在設(shè)定值(通常為0.2C-1.0C)，直至電池電壓升至截止閾值(如4.2V)。其核心電路包含電流采樣、誤差放大和功率調(diào)節(jié)三部分：

　　電流采樣電路：采用高精度采樣電阻(如0.1Ω)串聯(lián)于充電回路，通過差分放大器(如INA199)將采樣電壓放大至芯片可處理范圍。例如，TP4056芯片通過PROG引腳外接電阻設(shè)置充電電流，其公式為：

　　其中VPROG為內(nèi)部基準(zhǔn)電壓(1V)，通過調(diào)整RPROG阻值可實(shí)現(xiàn)0.1A-1A的電流調(diào)節(jié)。

　　誤差放大器設(shè)計(jì)：使用對(duì)稱性跨導(dǎo)運(yùn)算放大器(OTA)構(gòu)建電流環(huán)路，其輸入端連接采樣電壓與基準(zhǔn)電壓，輸出端驅(qū)動(dòng)功率管柵極。以FS4068芯片為例，其內(nèi)部集成改進(jìn)型OTA，可在1MHz開關(guān)頻率下實(shí)現(xiàn)±1%的電流精度，同時(shí)通過Ⅲ型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)抑制高頻振蕩。

　　功率調(diào)節(jié)模塊：采用Buck變換器拓?fù)?，通過PWM調(diào)制控制功率管(如NMOS)的導(dǎo)通時(shí)序。當(dāng)電感電流達(dá)到采樣閾值時(shí)，比較器觸發(fā)關(guān)斷信號(hào)，能量通過二極管轉(zhuǎn)移至電池。此過程循環(huán)進(jìn)行，形成穩(wěn)定的恒流輸出。

　　二、恒壓充電階段：電壓閉環(huán)控制是關(guān)鍵

　　當(dāng)電池電壓升至截止閾值后，充電模式切換為恒壓階段，此時(shí)需將電壓穩(wěn)定在4.2V±0.05V，同時(shí)電流逐漸衰減至終止閾值(如0.01C)。其設(shè)計(jì)要點(diǎn)包括：

　　電壓采樣與基準(zhǔn)源：采用電阻分壓網(wǎng)絡(luò)(如100kΩ+22kΩ)對(duì)電池電壓進(jìn)行采樣，與內(nèi)部2.5V基準(zhǔn)源比較。FS4068芯片通過雙電平檢測(cè)技術(shù)，在電池電壓首次達(dá)到16.8V時(shí)啟動(dòng)恒壓模式，第二次達(dá)到閾值時(shí)終止充電，避免誤觸發(fā)。

　　動(dòng)態(tài)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)：恒壓階段需應(yīng)對(duì)負(fù)載突變(如電池內(nèi)阻變化)引起的電壓波動(dòng)。TP4056采用Ⅲ型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，通過零極點(diǎn)對(duì)消提升相位裕度，確保環(huán)路穩(wěn)定性。仿真數(shù)據(jù)顯示，在0.1A-1A負(fù)載跳變時(shí)，電壓過沖小于50mV，恢復(fù)時(shí)間低于10μs。

　　充電終止邏輯：通過電流檢測(cè)電阻(如0.05Ω)監(jiān)測(cè)充電電流，當(dāng)其降至終止閾值時(shí)，芯片關(guān)閉功率管并輸出終止信號(hào)。CL4056芯片采用雙引腳(CHRG/STDBY)指示充電狀態(tài)，紅色LED亮表示充電中，熄滅表示終止。

　　三、工程實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵技術(shù)

　　環(huán)路切換平滑性：恒流向恒壓切換時(shí)，需避免電壓或電流突變。基于0.5μm CMOS工藝的充電芯片通過電壓前饋技術(shù)，將電池電壓實(shí)時(shí)反饋至電流環(huán)路，實(shí)現(xiàn)切換過程無超調(diào)。

　　保護(hù)機(jī)制集成：現(xiàn)代充電芯片普遍集成過溫、過壓、短路保護(hù)功能。例如，DW01芯片通過CS引腳檢測(cè)放電電流，當(dāng)電壓超過150mV時(shí)關(guān)閉MOS管，防止電池過放。

　　低功耗設(shè)計(jì)：針對(duì)便攜設(shè)備需求，芯片需具備休眠模式。TP4056在輸入電壓與電池電壓差小于30mV時(shí)進(jìn)入休眠，靜態(tài)電流降至2μA以下，顯著延長待機(jī)時(shí)間。

　　四、應(yīng)用案例：四節(jié)鋰電池充電管理

　　FS4068芯片在電動(dòng)工具中的應(yīng)用展示了CC/CV控制的工程價(jià)值。該芯片支持1.6A充電電流，通過外置NMOS管實(shí)現(xiàn)同步整流，效率達(dá)92%。在-40℃至85℃溫寬內(nèi)，其恒流精度保持±3%，恒壓精度±0.5%，滿足IEC 62133標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　恒流/恒壓控制電路是鋰離子電池充電管理的核心，其設(shè)計(jì)需兼顧精度、效率與可靠性。隨著GaN器件與數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展，未來充電芯片將向更高功率密度、更智能化的方向演進(jìn)，為新能源領(lǐng)域提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。