普源可編程直流電源應用
智能手機，無人機，電動汽車等等都離不開電池供電。不管是有線的充電還是無線的充電，終都是通過外部的充電裝置為手機提供電能，再通過手機內部的電源管理電路為電池進行充電。手機內部都有電源管理和充電控制電路，外部的手機充電器是為其提供一定的電壓電流，內部的充電電路會根據外部充電設備以及內部電池的情況對輸入的直流進行二次轉換，再以一定的電壓和電流對手機內部的電池進行充電。想搞清楚充電技術，也很有必要了解一些有關鋰電池的特性。
· 鋰電池的特性概述
我們常用的鋰電池其實是屬于鋰離子電池，鋰離子電池目前有液態鋰離子電池(LIB)和聚合物鋰離子電池(PLB)兩類。那種比較厚重的筆記本里常用的鋰電池和特斯拉電動汽車里用的鋰電池的電池芯都是18650尺寸的液態鋰離子電池(LIB)，DS6系列數字示波器和DSA1000系列頻譜儀的電池板內部使用的也是。多個電池芯通過串并聯以及電池管理組合成高電壓，大電流的電池組；手機等常用的鋰電池是聚合物鋰離子電池(PLB)。液態的能量密度要高一些，聚合物的不存在漏液的問題，也更容易做成各種形狀的鋰電池。
鋰電池的正極和負極采用的材料有多種，目前普遍使用的陰極材料是石墨，陽極的材料則有若干種，采用不同的材料，電池輸出的電壓電流特性也不同。
越來越多的手機的電池變成了不可拆卸，雖然也可以拆開換電池，增加了拆機的復雜度，除了為了追求輕薄設計之外，貌似還要希望讓手機電池的壽命與用戶換新手機的速度同步？不知您是否對電池的使用時間敏感，我反正是，不然就不會出于愛好琢磨這些事兒了。為了進一步搞清楚有關手機充電的那些事兒，我專門自購了一塊三星NOTE2手機電池，在電池的正負極的金屬觸點上焊接測試線來做些實測（控制不好，可能存在危險，不建議嘗試）。
先看看這塊鋰電池上標出的3個重要參數，如1所示：
額定容量：3050mAh；
標稱電壓: 3.8V；
充電限制電壓:4.35V；
1：手機鋰電池的主要參數
理解這些參數的含義很重要，其實不只是這3個參數，經過一番學習之后，我對鋰電池的一些重要參數進行了歸納總結如下：
· 額定容量，指的是在特定的環境溫度，按照某一放電倍率把電池放電至終止電壓所能提供的容量。有相關的測試標準，比如我國的《蜂窩電話用鋰離子電池總規范》規定了在環境溫度為20℃±5℃條件下，分別以0.2C和1C的倍率放電至終止電壓時所應提供的電量，單位為Ah(安培小時)或mAh(毫安小時)。
· 3050mAh：意味著如果以3050mA的電流放電，可以放電1小時，稱為1C放電倍率；如果以1525mA的電流放電，可以放電2小時，稱為0.5C放電倍率；如果以620mA的電流放電，可以放電5小時，稱為0.2C放電倍率。
· 標稱電壓:由于鋰電池的放電曲線不是線性的，會有一個維持時間比較長的電壓比較平坦的區域，對于這塊電池來講的工作電壓是3.8V。通常過了這段區域，比如到了3.5V以后，電壓和電池的容量都會跌落很快。
· 充電限制電壓:電池充足電時，極板上的活性物質已達到飽和狀態，再繼續充電，會影響電池的壽命，甚至會有發生爆炸的危險，必須加以限制，此時的電壓稱為充電終止電壓。對于這塊鋰離子電池來講是4.35V。
· 電池的內阻：越小越好。溫度越低，內阻越大；放電越深，內阻越大；隨著充放電次數的增加，內阻也會逐漸變大，會直接影響電池的可用容量。同一廠家的不同電池之間的電阻會有10%到15%左右的偏差，不同制造商之間的電池也有10%到15%左右的偏差，所以，那種由多個單體電池通過串并聯組成的高電壓達容量的電池模塊，內部的各個CELL之間的平衡是很重要的。
· 電池的自放電率：充滿電的電池即使不用，過段時間容量也會損失，自動損失的電量占總容量的百分比。一般在常溫下鋰離子電池自放電率為5%左右。
小小的一塊手機用鋰電池，涉及到很多領域的技術。對于一些網上流傳的“想當然的說法”，如果能了解一些相關知識，會有助于搞清楚到底是怎么回事兒。
· 鋰電池的充放電需要高精度控制
既然鋰電池有這么多的特點，也存在著安全問題，充放電都要嚴格控制。除了手機內部有電源管理電路，在手機電池的內部，也有過充電壓保護，過放電壓保護，過電流保護，短路保護電路和溫度監測電路。電池內部的電壓，電流的保護監測要求高精度，外部的充電電壓也要求高精度，所以要求手機內部提供給電池充電的電壓精度要達到5%左右，這需要高精度的電源管理芯片來保證。
由于一些線性直流電源具有低紋波噪聲，高精度，高分辨率的特點，而且還具有過壓，過流，過溫保護等功能，適合做這種驗證測試，下面我就以一臺DP831A為例，取代手機的內部和外部的充電電路，直接為這款手機電池進行充電測試。
· 鋰電池充電實測
手機對鋰電池的充電過程主要分為幾個階段：預充階段，恒流充電階段，恒壓充電階段，充電完成階段，如2所示。
2：手機對鋰電池的充電過程
接下來，我利用一臺線性直流電源DP831A代替手機充電器+電源管理電路，直接對手機鋰電池進行充電，通過微測來驗證這個過程。我把這塊手機電池的正負極焊接了引線，接到了一臺DP831A的通道1的輸出端子上，如3所示。
3：使用直流電源對手機電池進行直接充電
考慮到這款電池的充電限制電壓是4.35V，這是非常重要的，不可超過這個電壓。我先將這臺DP831A的通道1的輸出電壓設置為4.2V, 0.8A。為了保險起見，也設置了過壓保護為4.3V，過流保護為1A。接通開始充電！此時從DP831A的顯示上可以看到它工作在CC模式，也就是恒流模式！當前的屏幕顯示：3.905V，0.799A，輸出功率是3.120W。此時相當于用0.27C對電池進行充電。提高充電電流，將通道1的輸出設置改為4.2V，1.0A，此時看到DP831A仍然工作在CC模式，也就是恒流模式！當前的屏幕顯示是：3.948V，0.998A，3.940W。此時相當于用0.33C對電池進行充電。3.94W的輸出功率大于上面的3.12W的輸出功率，此時的充電速度應該更快些。
不想去觸及電池的保護，為了保險起見，接下來還是用0.6A對其進行充電吧。將通道1的輸出設置為4.2V，0.6A，相當于用0.2C的倍率對電池進行充電，此時看到DP831A工作在CC模式，也就是恒流模式！當前的屏幕顯示是：3.880V，0.598A，2.320W。
DP831A不只是一臺直流電源，它還具有內置的測量，記錄，分析等功能，我也同樣可以通過DP831A的錄制器功能記錄一下手機電池的整個充電的全過程。其實，在上面所述的改變電流之前，我已設置好錄制器，并已打開，把上面的幾個不同設置情況下的實際輸出的電壓，電流，功率值都已經記錄下來，存儲在一個指定的文件里；然后再通過分析器調出記錄的文件，進行數據的分析，得到充電電流變化的波形，中的幾個上下起伏的波動就是我前面設置不同的充電電流導致的。
由此看出：如果是使用直流電源直接對電池進行充電而不是間接，在安全的情況下，充電器/電源的大輸出電流越大，用越大的電流對電池進行恒流充電，充電速度就越快。就像水龍頭打開得越大，往池子里注水的速度就越快一樣。
經過了一段時間的充電之后，電池逐步被充滿，此時，我們看到DP831A的顯示是：4.196V, 0.582A, CV模式。也就是說DP831A根據設定的輸出參數和作為負載的電池的當前情況，已經自動地由恒流模式切換到了恒壓模式，在繼續對電池進行恒壓充電。我把DP831A的輸出電壓值設置到4.35V, 因為電源和電池內部的保護電路都有一點誤差余量，發現電池的保護功能沒有啟動，我也不想去試讓它保護。DP831A的通道1又從恒壓狀態自動回到了恒流模式，繼續對電池進行恒流充電。又經過了一段時間的充電之后，電池進一步被充滿，此時，我們看到DP831A的顯示是：4.346V, 0.508A, 2.208W，CV模式，也就是說DP831A根據設定的輸出參數和電池的當前情況，已經自動地由恒流模式切換到了恒壓模式，繼續對電池進行恒壓充電。不敢再升高充電電壓了，就讓它繼續以恒壓模式充電，又過了一段時間之后，DP831A的顯示電壓是4.347V，電流是0.086A，功率時0.374W，充電電流已經很小，可以結束充電了。
如前所述，可以利用像DP831A這種純凈的線性直流電源，由于它還具有錄制器，分析器，監測器，觸發器等功能，可以還好地完成邊充電，邊記錄的工作。
我這次的實測也利用了它的標配的“錄制器”功能，對整個充電過程進行了記錄。事先設置好錄制器的錄制周期，記錄數據的路徑和文件名。針對充電這種應用，我設成了10秒的錄制間隔，經過一段時間之后，充電結束。我通過“分析器”將這期間所錄制的電壓，電流以及功率值調用出來進行顯示，可以看到它們各自的變化曲線，還可以通過標尺讀出每個記錄點的數值，正如本文前面提到過的，通過這個測試，可以清楚地看到由恒流充電到恒壓充電的整個變化過程。
北京凡實測控代理普源代理商、泰克代理商、是德代理商、安捷倫代理商、固緯代理商、橫河代理商、泰克示波器、安捷倫示波器、示波器等品牌產品。公司業務涉及產品銷售、維修、租賃和系統集成，產品報價低，品質保證，公司具有完善的售前售后服務和技術團隊。
400-665-6604
