電池保護芯片

• 核心功能

• 過充保護：電池充電時，電壓會逐漸升高。當電壓超過電池設(shè)定的安全上限（如鋰離子電池通常為 4.2V 左右），電池內(nèi)部的化學反應(yīng)會變得不穩(wěn)定，可能導(dǎo)致電池發(fā)熱、鼓包甚至爆炸。電池保護芯片實時監(jiān)測電池電壓，一旦檢測到過充情況，會迅速切斷充電回路，停止充電。

• 過放保護：放電過程中，電池電壓會逐漸降低。當電壓低于一定閾值（如鋰離子電池約為 2.7V），繼續(xù)放電會損害電池的化學結(jié)構(gòu)，減少電池的循環(huán)壽命。保護芯片在檢測到過放時，會切斷放電回路，防止電池過度放電。

• 過流保護：無論是充電還是放電，如果電流過大，都可能對電池造成損害。保護芯片會監(jiān)測電流大小，當電流超過設(shè)定的安全值時，及時切斷電路，保護電池安全。

• 短路保護：當電池的正負極直接短路時，會產(chǎn)生極大的電流，瞬間損壞電池甚至引發(fā)危險。保護芯片能在極短的時間內(nèi)檢測到短路情況，并迅速切斷電路。

• 組成結(jié)構(gòu)

• 電壓檢測電路：由高精度的電壓比較器等元件組成，能夠精確測量電池的電壓，并將其與預(yù)設(shè)的閾值進行比較。

• 電流檢測電路：通常采用電流傳感器（如霍爾傳感器或電阻采樣電路）來檢測電流大小，并將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號進行處理。

• 控制邏輯電路：根據(jù)電壓和電流檢測電路的輸出信號，判斷電池是否處于異常狀態(tài)，并控制相應(yīng)的開關(guān)元件（如 MOS 管）來切斷或接通電路。

電量計量芯片

• 核心功能

• 電量估算：通過測量電池的電壓、電流和溫度等參數(shù)，結(jié)合電池的特性曲線（不同類型電池的特性曲線不同，如鋰離子電池、鎳氫電池等），采用特定的算法（如庫侖計數(shù)法、開路電壓法等）來估算電池的剩余電量。例如，在智能手表中，電量計量芯片會實時計算電池的剩余電量，并以百分比的形式顯示在屏幕上，方便用戶了解電池的使用情況。

• 電池健康狀態(tài)監(jiān)測：長期使用后，電池的容量會逐漸衰減。電量計量芯片可以監(jiān)測電池的健康狀態(tài)，通過分析電池的充放電特性，評估電池的剩余容量和性能衰減程度，為用戶提供電池更換的參考。

• 組成結(jié)構(gòu)

• 模擬前端電路：負責采集電池的電壓、電流和溫度等模擬信號，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進行處理。

• 微處理器：運行電量計量算法，對采集到的數(shù)據(jù)進行分析和處理，計算出電池的剩余電量和健康狀態(tài)。

• 通信接口：與智能手表的主控芯片進行通信，將電量信息傳輸給主控芯片，以便在屏幕上顯示。

均衡電路（針對多節(jié)電池串聯(lián)情況）

• 核心功能：在多節(jié)電池串聯(lián)使用的場景中（如一些高端智能手表可能采用多節(jié)電池串聯(lián)來提高電壓），由于電池個體之間的差異，可能會導(dǎo)致各節(jié)電池的充放電狀態(tài)不一致。均衡電路的作用就是使各節(jié)電池的電量保持一致，避免某節(jié)電池過充或過放，從而提高整個電池組的性能和壽命。

• 組成結(jié)構(gòu)

• 均衡電阻：通過與電池并聯(lián)的電阻來消耗電量較多的電池的能量，實現(xiàn)電量均衡。這種方法簡單可靠，但會消耗一定的能量，產(chǎn)生熱量。

• 開關(guān)電容均衡電路：利用電容的充放電特性，將電量較多的電池的能量轉(zhuǎn)移到電量較少的電池中，實現(xiàn)無損均衡。這種方法效率較高，但電路結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。

電源轉(zhuǎn)換單元組成

DC - DC 轉(zhuǎn)換器

• 降壓型（Buck）DC - DC 轉(zhuǎn)換器

• 開關(guān)管（如 MOS 管）：在控制信號的作用下，周期性地導(dǎo)通和截止，控制輸入電壓的通斷。

• 電感：在開關(guān)管導(dǎo)通時，儲存能量；在開關(guān)管截止時，釋放能量，起到平滑電流的作用。

• 二極管：在開關(guān)管截止時，為電感中的電流提供續(xù)流回路。

• 電容：用于濾波，減小輸出電壓的紋波，使輸出電壓更加穩(wěn)定。

• 控制芯片：產(chǎn)生控制開關(guān)管導(dǎo)通和截止的脈沖信號，根據(jù)輸出電壓的反饋信號調(diào)整脈沖的寬度（PWM 調(diào)制），以穩(wěn)定輸出電壓。

• 核心功能：將較高的輸入電壓轉(zhuǎn)換為較低的輸出電壓，以滿足智能手表中一些低電壓模塊（如處理器、傳感器等）的需求。例如，智能手表的電池電壓通常為 3.7V 左右，而處理器可能需要 1.8V 或 3.3V 的工作電壓，降壓型 DC - DC 轉(zhuǎn)換器就可以實現(xiàn)這一電壓轉(zhuǎn)換。

• 組成結(jié)構(gòu)

• 升壓型（Boost）DC - DC 轉(zhuǎn)換器

• 核心功能：將較低的輸入電壓轉(zhuǎn)換為較高的輸出電壓。在一些特殊情況下，智能手表可能需要較高的電壓來驅(qū)動某些模塊，如背光燈等，升壓型 DC - DC 轉(zhuǎn)換器可以滿足這一需求。

• 組成結(jié)構(gòu)：與降壓型 DC - DC 轉(zhuǎn)換器類似，但開關(guān)管、電感、二極管和電容的連接方式不同。在開關(guān)管導(dǎo)通時，電感儲存能量；在開關(guān)管截止時，電感釋放能量，與輸入電壓疊加，從而實現(xiàn)升壓。控制芯片同樣采用 PWM 調(diào)制來穩(wěn)定輸出電壓。

• 升降壓型（Buck - Boost）DC - DC 轉(zhuǎn)換器

• 核心功能：無論輸入電壓高于還是低于輸出電壓，都能實現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換，使輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定的值。這種轉(zhuǎn)換器具有更廣泛的輸入電壓范圍，適用于一些輸入電壓變化較大的應(yīng)用場景。

• 組成結(jié)構(gòu)：結(jié)合了降壓型和升壓型 DC - DC 轉(zhuǎn)換器的特點，通過合理的電路設(shè)計和控制策略，實現(xiàn)輸入電壓到輸出電壓的靈活轉(zhuǎn)換。

LDO（低壓差線性穩(wěn)壓器）

• 核心功能：將輸入電壓降低到一個穩(wěn)定的輸出電壓，具有輸出電壓穩(wěn)定、噪聲低等優(yōu)點。常用于對電壓精度要求較高、電流較小的模塊，如智能手表中的一些傳感器模塊。例如，某些環(huán)境傳感器可能需要 1.8V 的穩(wěn)定電壓，LDO 可以為其提供精確的電壓輸出。

• 組成結(jié)構(gòu)

• 調(diào)整管：通常采用 PNP 型或 PMOS 型晶體管，通過控制調(diào)整管的導(dǎo)通程度來調(diào)節(jié)輸出電壓。

• 誤差放大器：將輸出電壓的反饋信號與參考電壓進行比較，放大誤差信號，并控制調(diào)整管的柵極或基極電壓，以穩(wěn)定輸出電壓。

• 基準電壓源：提供一個穩(wěn)定的參考電壓，作為誤差放大器的比較基準。

• 反饋電阻網(wǎng)絡(luò)：將輸出電壓按一定比例分壓，反饋給誤差放大器，實現(xiàn)輸出電壓的閉環(huán)控制。