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。當電壓超過電池設定的安全上限（如鋰離子電池通常為 4.2V 左右），電池內部的化學反應會變得不穩定，可能導致電池發熱、鼓包甚至爆炸。電池保護芯片實時監測電池電壓，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），繼續放電會損害電池的化學結構，減少電池的循環壽命。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。保護芯片會監測電流大小，當電流超過設定的安全值時，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，會產生極大的電流，瞬間損壞電池甚至引發危險。保護芯片能在極短的時間內檢測到短路情況，并迅速切斷電路。

• 組成結構

• 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，并將其與預設的閾值進行比較。

• 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，并將電流信號轉換為電壓信號進行處理。

• 控制邏輯電路：根據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，并控制相應的開關元件（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，結合電池的特性曲線（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。

• 電池健康狀態監測：長期使用后，電池的容量會逐漸衰減。電量計量芯片可以監測電池的健康狀態，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。

• 組成結構

• 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，并將其轉換為數字信號進行處理。

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

• 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（針對多節電池串聯情況）

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

• 組成結構

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

• 開關電容均衡電路：利用電容的充放電特性，將電量較多的電池的能量轉移到電量較少的電池中，實現無損均衡。這種方法效率較高，但電路結構相對復雜。

電源轉換單元組成

DC - DC 轉換器

• 降壓型（Buck）DC - DC 轉換器

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

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

• 二極管：在開關管截止時，為電感中的電流提供續流回路。

• 電容：用于濾波，減小輸出電壓的紋波，使輸出電壓更加穩定。

• 控制芯片：產生控制開關管導通和截止的脈沖信號，根據輸出電壓的反饋信號調整脈沖的寬度（PWM 調制），以穩定輸出電壓。

• 核心功能：將較高的輸入電壓轉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 轉換器就可以實現這一電壓轉換。

• 組成結構

• 升壓型（Boost）DC - DC 轉換器

• 核心功能：將較低的輸入電壓轉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動某些模塊，如背光燈等，升壓型 DC - DC 轉換器可以滿足這一需求。

• 組成結構：與降壓型 DC - DC 轉換器類似，但開關管、電感、二極管和電容的連接方式不同。在開關管導通時，電感儲存能量；在開關管截止時，電感釋放能量，與輸入電壓疊加，從而實現升壓。控制芯片同樣采用 PWM 調制來穩定輸出電壓。

• 升降壓型（Buck - Boost）DC - DC 轉換器

• 核心功能：無論輸入電壓高于還是低于輸出電壓，都能實現電壓轉換，使輸出電壓穩定在設定的值。這種轉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用場景。

• 組成結構：結合了降壓型和升壓型 DC - DC 轉換器的特點，通過合理的電路設計和控制策略，實現輸入電壓到輸出電壓的靈活轉換。

LDO（低壓差線性穩壓器）

• 核心功能：將輸入電壓降低到一個穩定的輸出電壓，具有輸出電壓穩定、噪聲低等優點。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，某些環境傳感器可能需要 1.8V 的穩定電壓，LDO 可以為其提供精確的電壓輸出。

• 組成結構

• 調整管：通常采用 PNP 型或 PMOS 型晶體管，通過控制調整管的導通程度來調節輸出電壓。

• 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，并控制調整管的柵極或基極電壓，以穩定輸出電壓。

• 基準電壓源：提供一個穩定的參考電壓，作為誤差放大器的比較基準。

• 反饋電阻網絡：將輸出電壓按一定比例分壓，反饋給誤差放大器，實現輸出電壓的閉環控制。