更长的电池寿命和更短的充电时间是现代手持式应用（如智能手机，平板电脑，POS和其他便携式设备）电池管理中的一些挑战。
具有强大处理器的设备耗电量更大，需要更大容量的电池来保证电池寿命。为了快速为大容量电池充电，需要功能强大的大电流充电器。线性充电器的充电电流能力太有限，因此必须采用开关充电器拓扑结构。
离子电池充电
为锂离子电池充电需要特别小心，因为错误的充电会缩短电池寿命，或损坏电池并导致不安全的条件。下面的图1显示了典型的锂离子充电周期。
已经深度放电的锂离子电池通常需要一些预处理：低于一定的电池电压，电池充电器首先会提供较低的预充电电流，以预处理电池以进行正常充电。这种预调节还可以复位电池内部欠压保护。在正常使用中，不会使用预充电循环，因为大多数应用不允许电池深度放电。
当电池电压超过预充电电平时，充电器进入快速充电模式。在这种模式下，充电器提供预定义的恒流（CC），这通常与电池容量有关。大多数锂离子应用可以在0.5C至1C（其中C是电池容量以Ah为单位）的电流下快速充电。具有较低内部阻抗的电池可以使用较高的充电电流。高电流锂聚合物（Li-Po）电池（即无人机中使用的类型）使用特殊的电池结构，可以接受更高的充电速率，如2C~4C。
当电池电压达到电池调节电压时，充电器将从恒流模式切换到恒压（CV）模式，充电电流慢慢衰减。需要精确控制最大CV调节电压，以防止过充电和潜在的电池损坏。锂离子电池的CV电平在4.15至4.4V之间变化。当电池电压处于其调节电压并且充电电流降至额定充电电流的5%以下时，大多数锂离子电池被认为是完全充电的。此时，充电将终止。不建议连续涓流充电锂离子电池，因为这会缩短电池寿命。当电池电压降至一定水平以下（通常在3.9V或4.0V左右）时，大多数充电器将启动重新充电周期。
从上面可以清楚地看出，锂离子电池充电器需要具有精确的电池电压检测和单独的控制环路，以实现恒定输出电流和恒定输出电压。开关充电器可用于各种电池，这意味着许多充电控制参数需要可调。最方便的方法是通过I2C 控制。
锂离子电池快速充电的挑战
在许多电池充电应用中，有一些实际原因会限制电池的理想充电条件。图2对此进行了说明。
输入电源可能无法提供电池充电器所需的输入电流和电压，以便在快速充电条件下为电池提供最佳充电。当输入电源从电流能力有限的USB端口获取时尤其如此。
· 当充电电流变高时，充电器和电池（PCB走线、连接器、保护MOSFET Rdson和电池Ri）之间的总电阻将导致电压下降。这将导致实际电池电压与检测到的电池电压之间存在误差。
· 快速充电将加热电池。大多数电池充电器将检测电池温度，并且在电池温度升高时充电电流和/或充电电压将降低，以避免过热。
· 当系统电源+电池充电功率超过输入功率限制时，增加的系统负载可能会降低电池充电电流。
开关充电器应用及特殊功能
典型的开关充电器应用如图3所示
开关充电IC的输入电源通常来自USB端口。开关充电器基本上是一个具有电压和电流控制环路的降压转换器，可将VBUS电源降压至合适的电压，以便系统电源和电池充电。大多数应用都有一个应用处理器，用于检测连接的USB端口功能，并根据输入功能和所使用的电池类型设置充电条件。开关充电器包含许多用于电池充电以及输入电流和电压控制的控制功能。以下部分介绍了切换充电器的一些特殊功能，以处理输入USB兼容性和优化电池充电条件。
平均输入电流调节（AICR）
大多数开关充电器都实现了一个平均输入电流调节环路。该控制环路将调整充电电流，使充电器输入电流不超过一定水平。输入电流电平可通过I设置2C基于输入源电流的能力，或通过自动（USB）充电端口检测。开关充电器的输入电流由下式定义：IIN=VBATT·ICHARGE/η·VIN其中η是充电器效率。因此，在AICR模式下，电池快速充电电流将随着电池电压的升高而下降。
最小输入电压调节（MIVR）
由于并不总是清楚连接了哪种电源，因此可能会发生充电器从电源吸收过多电流的情况，这可能会使电源过载。为避免这种情况，可以激活一个最小输入电压控制环路，该环路监视充电器输入电压，并在输入电压降至一定电平以下时降低电池充电电流。对于从USB端口充电，MIVR级别可以设置为4.5V，以确保USB端口不会过载。
通过D+和D-引脚进行USB充电端口检测
默认的USB2.0端口只能提供500mA的电流，因此从默认USB端口充电时，充电器输入电流应保持在500mA以下，以避免端口过载。因此，大多数开关充电器将在默认启动条件下以AICR 500mA模式开始工作。为了适应USB上的更高电流，USB电池充电标准BC1.2定义了一种利用D+和D-数据线来传达USB端口电源功能的方法。BC1.2标准定义了3种类型的端口：
· 标准下行端口 （SDP）（主机D+和D-各具有15k个GND电阻）
· 专用充电端口 （DCP）（主机D+和D-连接在一起）
· 充电下游端口（CDP）（主机包括一些与检测电路握手的逻辑）
SDP只能提供500mA的电流，而DCP和CDP可以提供至少1.5A的电流。DCP无法通过D+和D-行传输数据，但CDP可以使用D+和D-行进行数据传输。
除了BC1.2标准外，还有一些品牌特定的D+/D-配置可以被充电IC识别，例如Apple，Samsung，Sony，Nikon适配器，它们使用D+和D-的特定电阻分频器进行识别。
充电IC将在启动期间检查主机D+和D-线路，并确定连接的主机端口类型。然后，它可以配置AICR电流电平以匹配连接的USB端口或适配器功能。
红外补偿功能
如图2所示，充电器输出到电池的电阻（包括PCB走线电阻、电池连接器电阻、电池保护MOSFETS Rdson和电池内部电阻）将导致充电ICV电池检测引脚与实际电池电压之间的电压下降。这种效应在较高的充电电流下变得更加明显，并将导致过早进入CV充电模式。由此产生的效果是延长CV充电周期，从而增加了总充电时间。此行为如图4所示。
为了补偿IR压降，一些开关充电器具有可编程IR补偿，这使得可以根据充电IC和电池之间的总电阻向充电IC电池电压检测添加电流相关补偿因子。带红外补偿的充电曲线示例如图5所示。 在不同的电池温度下为电池充电
大多数开关充电器将遵循JEITA指南，用于在各种电池温度下对锂离子电池的充电条件。JEITA指南定义了5个温度范围，其中不同的充电条件适用：冷，冷，正常，热和热。在冷热范围内，不允许充电。在冷暖条件下，建议降低充电电流或充电电压，或降低两者。在常温范围内，充电电压和电流可以保持在标称值。见图6。
充电IC通过将电池NTC连接到与IC基准电压偏置的电阻分压器来感测温度范围。可以选择RTH1和RTH2的值以匹配0处的IC V-TS冷阈值和热阈值oC和60oC基于所使用的NTC类型。充电IC将自动更改冷暖范围内的充电条件，并在冷热条件下暂停充电。大多数充电IC允许在冷暖温度范围内对充电条件进行可编程更改。
图7显示了电池温度检测应用，以及不同温度范围内不同电池充电电流和充电电压的示例。
自动电源路径功能具有自动电源路径功能的开关充电器能够选择用于为系统供电的电源。图8显示了连接充电适配器、在系统同时为电池充电的情况。电源路径MOSFET接通，降压级提供系统负载电流和请求的电池充电电流，只要输入电源能够提供足够的I在以适应这一点。如果请求的总输入电流超过AICR限值，充电器将减小电池充电电流，以保证请求的系统电流，并将输入电流保持在AICR限值以下。
图8：充电器同时提供系统负载和电池充电电流 在极端系统负载情况下，电池电流甚至可以反转，其中适配器和电池都可以提供系统负载。（图9） 图9：充电器和电池提供的系统负载 当电池充满电时，电源路径控制MOSFET将被关闭，在这种情况下，只有适配器提供系统负载电源。（图10）。某些充电器具有出厂模式，其中充电器在未连接电池时提供稳定的系统电压。 图10：电池充满电：充电器提供系统负载。 卸下适配器后，电源路径控制MOSFET将再次接通，电池将自动为系统负载供电。VIN线路中的阻断MOSFET将被关断（图11） 图11：无输入电源的充电器，电池提供系统负载 如果器件长时间不使用（即在运输期间），某些充电器可以设置运输模式，其中电源路径控制MOSFET完全关闭，当不提供输入电源时也是如此。在此模式下，电池泄漏最小化。运输模式可以通过施加输入电源或I来重置2C命令。见图12。 图12：装运模式下的充电器，电池泄漏最小 USB 移动办公 （OTG） 功能
许多便携式设备都有一个具有多个角色的USB端口：当适配器连接到它时，该端口可以用作充电输入;它可以用作主机USB端口，用于连接闪存驱动器，数码相机，鼠标或键盘等外部从设备;但它也可以连接到PC进行数据交换。这意味着USB端口有时在充电期间充当电源输入，但在某些情况下，它需要为外部从设备供电，或者它可以充当从设备本身。USB On-The-Go（OTG）定义了这些不同的操作模式，利用Mini和Micro USB连接器中的ID引脚，将特定设备标识为主机或从设备。在双角色便携式设备中，应用处理器（AP） 检测ID引脚并与连接的设备通信，以确定它是主机还是从设备，以及是否需要为外部设备供电。在主机模式下，AP将激活开关充电器的OTG模式。OTG激活将配置开关MOSFET以在同步升压模式下工作：使用与充电期间在同步降压模式下使用的相同MOSFET开关，将电池电压升压至MID引脚5V。然后，MID电压通过激活反向阻断MOSFET连接到VBUS电压。OTG函数如图13所示。 图13可编程升压转换器电流限制允许OTG输出与USB端口功能兼容。 一些充电器允许禁用反向阻断MOSFET，MID引脚上的升压电压可以像在移动电源中一样用作单独的5V输出。
以更高的输入电压充电
在5V输入电压下，高电池充电电流也会很快导致高输入电流，因为锂离子电池电压不会比5V低多少。适配器电流限制和电缆/连接器电流限制将成为最大充电电流的限制因素。（例如，微型USB连接器的最大额定电流约为1.8A）。现在的开关充电器具有更高的工作输入电压额定值，因此可以从高于5V（例如9V或12V）的电源运行。由于降压开关充电器的输入电流定义如下：，IIN=VBATT·ICHARGE/η·VIN较高的输入电压将减小输入电流。应该注意的是，较高的输入电压也会增加转换器的开关损耗，从而降低转换效率。这可以通过降低开关频率来补偿，但代价是更大的滤波器元件。利用USB端口的可变 VBUS 电压充电系统将在5V输入条件下默认启动，以避免损坏标准5V纯系统。连接后，充电器和适配器之间必须进行通信，以确保可以在不损坏充电器电路的情况下增加USB总线电压。
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