USB口不止有數(shù)據(jù)傳輸功能還可以供電，所以很多小功率設(shè)備插入U(xiǎn)SB口后不必再另外接適配器，這個(gè)特性在近些年越來(lái)越廣的應(yīng)用在移動(dòng)設(shè)備中，尤其當(dāng)USB3.0接口普及后，充電功能會(huì)受到更高的關(guān)注。
這篇文章中我們介紹一下USB口給移動(dòng)設(shè)備充電的幾個(gè)關(guān)鍵步驟，相信看過(guò)后您對(duì)USB口充電的過(guò)程會(huì)有更多的了解。
鋰電池充電中的細(xì)節(jié)
安全的鋰電池充電過(guò)程
我們可以購(gòu)買(mǎi)到的正規(guī)移動(dòng)電源/電池，大都使用了鋰電池，手機(jī)、平板、mp3、相機(jī)里面也都有鋰電池。準(zhǔn)確來(lái)說(shuō)是“鋰電池電芯+充/放電控制電路”，因?yàn)殇囯姵仉娦竞艽嗳?，過(guò)低電壓下放電、過(guò)高電壓下充電都會(huì)永久損壞電芯。比如充電電壓4.2V，如果采用4.25V充電，電芯必壞無(wú)疑。
鑒于鋰電池如此敏感，大部分充電電路都直接使用現(xiàn)成的芯片控制鋰電池充放電過(guò)程。
充電的過(guò)程是這樣：
1、小電流充電階段
先判斷電池電壓，如果電壓低于最低電壓則首先進(jìn)行涓流充電。如果一開(kāi)始電壓就高于最低電壓則直接進(jìn)入第二個(gè)階段：恒流充電。
最低電壓根據(jù)電芯不同有不同的設(shè)定，基本都在2.5V-3.0V之間。多小的電流算小呢？0.06C-0.1C就算小電流。
C是什么？舉例來(lái)說(shuō)2000mAH的電池1C就是2000mA；5000mAH的電池1C就是5000mA。（大部分鋰電池充電和放電都可以達(dá)到1C）
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對(duì)于這塊電池來(lái)說(shuō)0.1C就是188mA
2、恒流充電階段
涓流充電到電池電壓高于最小電壓后，充電器以恒定電流給電池充電，這個(gè)恒定電流就是很多充電器上標(biāo)注的多少多少安。比如iPhone4/4S是1A，iPad是2.1A。
恒流充電，電流值標(biāo)注
恒流充電的過(guò)程中，電池電壓也在逐漸升高，從最小電壓上升到4.2V時(shí)恒流充電階段終止，恒流過(guò)程實(shí)際能為電池充進(jìn)40%-70%左右的電量。之后進(jìn)入下一個(gè)階段：恒壓充電。
3、恒壓充電階段
恒定4.2V（±0.35%的精度）給電池充電，這個(gè)階段里電流就不能維持恒定了，而是逐漸下降，當(dāng)充電電流下降至0.1C后充電過(guò)程結(jié)束。這個(gè)階段實(shí)際上可以充進(jìn)60%-30%的電量。
所以一塊2000mAH的電池用1000mA的充電器充電時(shí)即便沒(méi)有熱損失出現(xiàn)，時(shí)間也會(huì)大于2小時(shí)。如果把電壓轉(zhuǎn)換中產(chǎn)生的廢熱算上也許實(shí)際充滿電的時(shí)間超過(guò)3小時(shí)。
充電過(guò)程
上圖就是剛才所說(shuō)的3個(gè)過(guò)程，所有鋰電池充電時(shí)都要遵循這個(gè)規(guī)律，所以現(xiàn)在轉(zhuǎn)而說(shuō)到USB口給鋰電池充電，中間就需要有控制電路和電壓轉(zhuǎn)換電路，不然4.5V-5V的電壓加在鋰電池上，電池直接就損壞了。
USB接口的“枚舉”很重要
USB口對(duì)設(shè)備的識(shí)別
有一個(gè)比較專(zhuān)業(yè)的詞“枚舉（USB Enumeration）”，對(duì)USB設(shè)備來(lái)說(shuō)是必須要經(jīng)過(guò)的一步認(rèn)證，在這個(gè)過(guò)程中USB控制器識(shí)別插入的設(shè)備是高速還是低調(diào)，硬件驅(qū)動(dòng)的VID，供電需求等等信息。
所有接入U(xiǎn)SB口的設(shè)備在剛開(kāi)始消耗的電流都不能超過(guò)100mA，只有在枚舉過(guò)程后主機(jī)才決定是否可以給設(shè)備提供更高的電流。
如果沒(méi)有枚舉過(guò)程則USB口最多只能提供100mA的電流，如果用電器拉載超過(guò)100mA以上的負(fù)載，則USB控制器會(huì)關(guān)閉USB口。
USB枚舉過(guò)程只需要開(kāi)發(fā)者考慮
所有接入U(xiǎn)SB口的設(shè)備在剛開(kāi)始消耗的電流都不能超過(guò)100mA，只有在枚舉過(guò)程后主機(jī)才決定是否可以給設(shè)備提供更高的電流。
USB的枚舉就像公司面試
這個(gè)過(guò)程好比一個(gè)公司，你就是USB設(shè)備，要進(jìn)入公司首先要面試（枚舉），你到了面試現(xiàn)場(chǎng)（第一次插入設(shè)備），面試官首先了解到你的外表，性別已經(jīng)你要應(yīng)聘的崗位（設(shè)備描述符），然后給你一個(gè)號(hào)，以后就開(kāi)始按號(hào)叫人，當(dāng)你被叫到就開(kāi)始問(wèn)你的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，性格等（配置描述符），如果你比較合適（通過(guò)了枚舉）你就會(huì)錄取了，并且注冊(cè)一個(gè)你的信息到公司（驅(qū)動(dòng)安裝，并且寫(xiě)入注冊(cè)表）。等你下次來(lái)公司，只要把工號(hào)（PID，VID）報(bào)上，就知道是你來(lái)了。
當(dāng)然，實(shí)際過(guò)程遠(yuǎn)比描述的詳細(xì)和復(fù)雜。整個(gè)枚舉過(guò)程發(fā)生在USB設(shè)備接到USB口上的前幾秒鐘，對(duì)用戶(hù)是不透明的。
充電器控制器詳解
下面我們用一個(gè)實(shí)際的控制器來(lái)舉例，產(chǎn)品來(lái)自Linear Technology，型號(hào)是LTC4062，是非常常見(jiàn)的單塊鋰離子電池充電器的控制器。
LTC4062控制器實(shí)物大小
下圖控制器的輸入可以接USB口電壓，其實(shí)還可以接更寬，4.3V-8V的輸入電壓都可以。充電電流Ic的大小可以從0-1000mA自行設(shè)定。
設(shè)定方法是調(diào)整圖中紅色電阻Rp的阻值，充電電流Ic等于1000mA除以這個(gè)電阻的阻值。當(dāng)滿足涓流充電條件時(shí)充電電流自行降低到充電電流Ic的十分之一。
一個(gè)實(shí)際應(yīng)用
C/5可以在高低恒流充電狀態(tài)切換，不設(shè)定時(shí)就以Ic充電，設(shè)定為1就以Ic的五分之一充電。剛才所說(shuō)的“枚舉”過(guò)程也是在C/5端口內(nèi)部設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的，就不再介紹芯片內(nèi)部的結(jié)構(gòu)了。
實(shí)際測(cè)試電壓/電流變化
Timer是充電終止的計(jì)時(shí)器，有多種方式終止充電，第一種是Timer和C/5之間可以接電容Ct，接上以后充電器將在3×107Ct小時(shí)后停止充電。還有另外一種終止充電的方式--判斷充電電流大小來(lái)停止充電，需要在Idet端接定值電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)。
上圖看著會(huì)不會(huì)眼熟？其實(shí)就是第二頁(yè)介紹鋰電池充電過(guò)程的實(shí)際測(cè)試結(jié)果，第一個(gè)涓流階段由于橫軸很短所以沒(méi)畫(huà)出來(lái)，實(shí)際上這個(gè)過(guò)程一定存在。
手機(jī)電池使用中的3個(gè)誤解
因?yàn)槠綍r(shí)寫(xiě)一些電池的文章，經(jīng)常遇到同事問(wèn)電池的問(wèn)題，有幾個(gè)具有典型性，是最常見(jiàn)的使用鋰電池的誤解。
一：“電池用不用激活”？
答案是需要激活！但此過(guò)程在工廠中完成。鋰電池的激活過(guò)程是這樣的：鋰離子電池打開(kāi)殼--灌輸電解液--封口--化成，整個(gè)過(guò)程恒壓充電，然后放電，如此進(jìn)行幾個(gè)循環(huán)，使電極充分浸潤(rùn)電解液充分活化，直至容量達(dá)到要求為止，鋰電池到用戶(hù)手上已經(jīng)是激活過(guò)的了。因?yàn)殡姵氐募せ钸^(guò)程需要電池處于開(kāi)口狀態(tài)，激活以后再封口，除非您擁有了電芯生產(chǎn)設(shè)備，否則沒(méi)法完成。
手機(jī)鋰電池用激活嗎？
二：“手機(jī)需要每次把電用光再充嗎”？
不少朋友認(rèn)為，鋰電池必須將電量用光，否則也有可能出現(xiàn)記憶效應(yīng)，其實(shí)這個(gè)概念最早來(lái)自鎳鎘電池，鎳鎘電池有記憶效應(yīng)，如果不放盡電量，電池會(huì)隨使用次數(shù)的增加而呈現(xiàn)出電量愈來(lái)愈少的狀態(tài)，后來(lái)的鎳氫電池已經(jīng)得到了很大改進(jìn)，已經(jīng)沒(méi)有明顯的記憶效應(yīng)，因?yàn)殒嚉潆姵剡€是會(huì)出現(xiàn)一定程度的晶格化導(dǎo)致容量降低，仍然需要經(jīng)常的徹底充放電來(lái)保持其正常的電量。而鋰電池則基本上沒(méi)有記憶效應(yīng)，可以隨時(shí)充放電而不會(huì)影響電池的容量。
不必每次用到這樣才充電
而鋰電池是不可逆的，性能及容量只會(huì)隨著使用而不斷地減少，另外，消除電池記憶需要進(jìn)行深充深放，也就是電池電壓要到達(dá)1.0V，手機(jī)不可能堅(jiān)持到電池電壓到1V時(shí)關(guān)機(jī)。
放電深度達(dá)99%以上的鋰電用維修電源能激活的也只有半數(shù),其余半數(shù)報(bào)廢！雖然我們用手機(jī)不至于把電池用到深放電的電壓范圍，但也沒(méi)必要每次都把電用到自動(dòng)關(guān)機(jī)。
三：鋰電池只能充放電500次
相信絕大部分消費(fèi)者都聽(tīng)說(shuō)過(guò)，鋰電池的壽命是“500次”，500次充放電，超過(guò)這個(gè)次數(shù)，電池就“壽終正寢”了，許多朋友為了能夠延長(zhǎng)電池的壽命，每次都在電池電量完全耗盡時(shí)才進(jìn)行充電，這也映證了第二個(gè)問(wèn)題的出現(xiàn)。
假設(shè)一次完全放電的電量是Q，一塊電池的周期為500次，那么它在壽命中提供的總電量是500Q，如果你每次都用光電，那么確實(shí)可以充500次，但如果你每次用了50%電量就充，那可以充1000次，以此類(lèi)推。
在第二頁(yè)我們也說(shuō)過(guò)，過(guò)低電壓時(shí)出現(xiàn)大電流充電，或者充電電壓高于4.2V很多都會(huì)給電池造成永久損傷，所以電池還是隨用隨充最合理。
總結(jié)：
USB口給手機(jī)、MP3充電的過(guò)程的細(xì)節(jié)還有很多，使用的控制器在功能上也有區(qū)別，比如保護(hù)功能上，電壓變換采用的電路上，以及不同電芯的鋰電池充電停止條件也不同，這方面做的規(guī)范的廠商固然很多，但山寨廠的產(chǎn)品大都不顧及這些規(guī)范，所以買(mǎi)手機(jī)充電器或者USB-HUB時(shí)還是選擇正規(guī)大品牌更好。
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