鋰電池就如同其他電池化學品，具有特殊充電需求，時至今日，在充電過程中扮演主動角色的新一代保護電子設計使得這些需求變得更形複雜。獨立充電器元件除必須跟得上最新需求外，還須內建更豐富的功能以降低外部元件的數目...
鋰電池就如同其他電池化學品，具有特殊充電需求，時至今日，在充電過程中扮演主動角色的新一代保護電子設計使得這些需求變得更形複雜。獨立充電器元件除必須跟得上最新需求外，還須內建更豐富的功能以降低外部元件的數目。解決充電器的需求，首先必須了解鋰電池及其所搭配的電池組保護系統(Pack-protection-system)特性。
鋰電池的充電過程與在汽車內所常見的充電密封式鉛酸電池相似，兩者都只能在一個有限溫度範圍內充電，並且須用有限制電壓的電流進行充電，直到達成特定電壓為止，然後其也必須維持一個恆定電壓，直到電池完全充電，最後，在此特定電壓下，當充電電流達到0時，兩者便達到完全充電的狀態。
對鋰電池而言，充電的規格限制是在0～50℃溫度範圍間，並且不能以高於1/10th或C/10的速率充電，其中C是電池最大充電可接受速率，直到電池電壓大於2.5V至3V；當開路電池電壓達4.2V時，即達到完全充電狀態。然而，不像鉛電池，無法藉由長久地浮動鋰電池的電壓期望延長電池壽命。
充電電壓需是精準的，因為當超過最大充電電壓時可能導致災難式的電池組失敗，而這就是鋰電池組具有保護電路的原因。
鋰電池充電器應著眼於這些電池特性，以及全充電過程，其分成不同階段。第一是預充(Pre-conditioning)充電階段，只有在電池被耗盡而電力低於其0％容量點時產生。當充電速率等於、或低於C/10，該充電器對電池電壓進行監控，直到電壓回復到高於2.5V電池以上之位準，其通常具時間限制，以此來偵測無法回復至2.5V以上之缺陷電池。
其二是電流限制充電階段，根據電池及系統需求所設置的滿格電流會被灌注到充電端口上。時間限制是必要的，以進行狀態偵測，當電池無法達到其電壓限制時，則暗示充電過程中可能產生某些錯誤。
第三是恆定電壓充電階段，當電池電壓接近最終電壓的10％以內或更少時，隨著充電電流開始降低且一路到零，充電狀態將轉換至此階段，然而，必須限制時間以偵測當電池無法達到零電流全充電狀態的錯誤。
第四是充滿(Top-off)充電階段，這是第三階段的延續，但因真實世界的技術對精確監測趨近於零之電流限制而有此階段存在。不採用對零電流直接偵測，而以C/10的運行間隔對下降充電電流做監控，並開啟一個計時器以終止本階段的充電，以避免產生持續浮動充電(Float Charge)狀態。
最後則是維持，充電器監控著開路電池電壓，當電池電壓下降且低於設定的重啟點時，充電器將重啟並提供充電電流，以使電池回歸其最終電壓。
在某些應用上，主要電源與其他負載共享，除非此電源的額定容量可支援充電器及負載，否則充電器的充電條件將被迫永遠設定在較低位準下，以在電源額定容量內工作。
一個可替代此調降位準的充電方式，是動態分享電源，一個普遍的電源監控方法，是假設電源電壓已經呈現穩壓，因此只須測量電源所供應之電流。
當達到電源所能輸出的最大電流時，充電器將自動降低電池電流，以避免超越電源的電流限制，此項技術通常稱做輸入電流限制(Input Current Limiting)
自從鋰電池問世後，即使它被公認是安全的，但仍具有基本弱點，值得一提的是過度充電保護。事實上，此保護必須著眼充電狀態的兩個極端以避免電池被損害，亦即就電壓而言的滿電壓及空電壓。
當多顆電池被置放於一個串聯電路中，電壓系統監控著每一個電池的電壓，此保護電路通常包含兩個相似的背對背金氧半場效電晶體(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, MOSFET)，而此對MOSFET的安排方式，是當其中一個MOSFET、CFET切斷充電電流時，另一個MOSFET、DFET將切斷放電電流，DFET將切斷充電電流。當保護電路偵測到可能危害電池的狀態時，適當的FET將被啟動以避免更進一步損害或使用。
現代電池保護系統在充電程序扮演更主要角色，其使用CFET以強設控制於充電器之外。在充電第三、四階段，保護電路將於專設的間隔關閉CFET，以分析電池於開路環境的充電情況，有些能在微秒的範圍關閉CFET。此電池電流瞬間斷電，將強迫充電電流重新定向而流入充電器的輸出電容，且此電容集結電流而形成電壓，進而迫使充電器輸出電壓一路上升而超出穩壓範圍外。
由於類比回授迴路太慢以致於無法立即偵測此狀態，此電壓將持續上升，直到被此迴路趕上，並強迫充電器電流降為零。
在無負載的情況下，並無法排放此累積的電容電壓，此處又再一次顯現，現代電池組保護使得控制充電流程變得更複雜。即使電池組已經關閉CFET，電池組終端上、流入至充電器的電壓仍被監控著，保護電路預期仍然能見到終端電壓但發現它太高，於是，它將不會回復CFET而導致充電失敗。
小型的可攜式產品持續要求較小型電路，以增加在有限空間中所能支援的功能。在充電器電路的兩個最大部件，為輸入/輸出電容及電感。陶瓷電容因在既有尺寸中提供非常低的等效串聯電阻(ESR)以及高漣波電流等級，已成為小型電路的實際標準。陶瓷電容的缺點是其電壓性質或喇叭(Speaker)能力，如果任何流經電容的交流電流(AC)是在可聽見的率範圍，此陶瓷電容將利用電路板(PCB)為發聲板散播聲音。以切換器為主的充電器會碰到許多狀況，在這些狀況下，會使得切換的動作是在可聽見的頻率範圍中進行，其中一個例子可能在第四階段的低電流狀況下發生，當最小的單一切換週期可能產生過多電流時，將強制後續的週期跳躍省略，以達到一個符合負載需求的時間平均電流，此切換週期跳躍是以一個可聽見的頻率進行，其他例子則有要求100％工作週期的充電器，當其切換頻率一路降到直流電流(DC)時，必須經過音頻的聲訊範圍。
設計現代切換式鋰電池充電器
凌特已經推出一系列獨立鋰電池充電器，以一個設定於3.9V/cell的自動重啟迴路點，搭配0.8％的電壓準確度，能維持電池隨時在充飽電的狀態。以下將以LTC4007作為範例，提供設計參考。
圖1顯示一個使用LTC4007的典型應用電路，顯而易見有許多狀態訊號，ACP或AC Present是一個輸出，用於指示當有輸入電源供應之接入，SHDN則是一個終止充電器的邏輯輸入。當溫度超過範圍，或於第一階段計時器終止，錯誤(Fault)輸出訊號將啟動，此充電訊號或CHG(L)指示充電器是開啟狀態並充電中，而旗標(Flag)輸出訊號標示階段四之充電程序，其以C/10間隔跳動，而此在某些應用上是當作充電完成之指示。LOWBAT訊號指示電池正處於階段一。
最後，當輸入電流限制電路流動時，輸入電流限制或ICL輸出將被致動。在元件上還有兩個針腳，運用於組態電池的化學性質以及電池數目，而3C/4C表示三顆串聯或四顆串聯電池組。CHEM針腳是用於設定每顆電池4.1V或4.2V。最後LTC4007(IMON LTC4006)有一個電流監控針腳，簡稱為PROG針腳，用以允許一個可選擇的主控A至D轉換器以測量充電電流。
經改變連接至RT針腳的電阻可根據不同容量電池的充電時間，對總計時器做設定調變。在充電過程中，共有三個分開的時段。一個計時器時段，以總計時器的四分之一固定比例涵蓋所有必要的階段，如應用圖表所示，一個兩小時總計時器涵蓋階段二及三，而使階段一及階段四成為30分計時器。
電流分享是一個主要特徵，一個電流感測電阻被串接到電源正向電源軌，因此當電源之最大電流被取用時，其將產生一個100mV壓差。當達到100mV時，ICL針腳被致動而一個誤差放大器取代控制迴路，進而降低充電器功率，如此跨在電流感測電阻兩端的壓降，將永遠不會超過100mV。
首先，當輸入電源散失或移除時，電池的汲取電流僅有15μA之低，第二是使用一個與電源串聯之P通道MOSFET(PFET)，作為稱為INFET之理想二極體，此INFET可去除發生在二極體上的功率散失，進而提升效率。當輸入電壓散失時，INFET將關閉以避免逆向電流從電池組流至電源。第三是同步整流器，以提升在高充電電流效率，並降低熱能產生。
當電池組保護電路強制地切斷充電電流，內部一個特別的高速比較器可在上升的電壓超越最終電壓7％以上時，偵測出此瞬間上升的電壓。在電壓降回至最終電壓的過程，此元件將關閉並維持關閉狀態直到充電器的輸出電壓下降為止。
LTC4007是特別設計用於與陶瓷電容互相搭配，其PWM電路擁有一個看門狗計時器，能避免交換時切換頻率低於25kHz以限制最大工作週期於98％。其他雜訊降低技術為讓切換的動作一直進行直到降至零電流，沒有時脈切換週期的跳躍省略。
PWM系統使用一個PFET進行Topside切換，如此減少驅動等效N通道MOSFET所需的外部元件及I/O針腳，同時去除維持升壓電容電壓於高工作週期低落差狀態的問題。其他針對濾波電容及電感之大元件尺寸縮小技術，則是採用300kHz切換頻率。
現代鋰電池充電需求高效率，包括小尺寸、保護、無音頻之雜訊、電源分享，以及能依照所選擇的元件擁有完全的狀態指示和使用者可程式設定等，結合低元件數目及搭配小型電容與電感的使用，以滿足所支援的功率層級。