张飞软硬开源基于STM32 BLDC直流无刷电机驱动器开发视频套件,👉戳此立抢👈

usb接口充电电路设计方案选择与分解(MAX1551/1555 LTC4053)

电子设计 2018-11-01 10:01 次阅读

  如何利用随处可见的电脑USB接口为这些设备所用的锂离子电池充电,是目前USB接口应用的一个热点。鉴于此,本文提出了基于USB接口的锂离子电池充电电路设计的3种方案,我们可以根据用途、成本等实际情况来选择不同的方案以满足不同的要求。

  1 锂离子电池及USB接口概述

  锂电池是近年来逐渐普及使用的一种新型电池,具有体积小、重量轻、容量大(能量密度高)、自放电率低以及无记忆效应等优点,但同时它也有一些致命的缺陷:对充电、放电的要求比较苛刻,不能过充和过放,否则容易造成不可逆转性损坏,在短路、过充等极端情况下还有可能发生爆炸,产生危险。

  一般锂电池单节标称电压为316~317V,充电时,一般要求采用限压限流法,首先恒流充电,即电流一定,充电电流按国家标准规定的低倍率充电是 0.2C(仲裁充电制式),最大不超过1C;而电池电压随着充电过程逐步升高,当电池端电压达到终止电压412±0105V时,应改恒流充电为恒压小电流 (约011C)充电,这个状态一般称为涓流充电状态。充电电流根据电芯的饱和程度,随着充电过程的继续逐步减小,当减小到0101C时,认为充电终止。

  USB接口是英文UniversalSerialBus的缩写,中文含义是“通用串行总线”。它是一种应用在PC领域的新型接口技术。USB使用一个4针插头作为标准插头与外部设备进行连接。在这个4针插头中, 有两针为数据通信线,而外侧的两针则为外部设备提供电源。按照USB规范,每个USB接口应能提供500mA的电流输出;由USB主机或带电源的集线器提供的USB接口,所接外设端的最小可用电压为4.5V,而由USB总线驱动的集线器能提供的最小则应为4.35V.值得注意的是,虽然USB规范定义了提供的电流上限不得超过015A,但实际上USB端口输出的电流经常超过几安培。

  由以上分析可以看出,利用USB接口为锂电池充电,电流方面应该是足够的,关键是如何控制电流的大小。另外,使用电压最小为4.35V的USB接口给典型要求为4.2V的锂电池充电时,电压上只有很小的裕度,这使得充电电路的压降变得极为重要,是设计的难点。

  2 基于PC机USB接口充电电路设计方案

  2.1方案一

  图1是市面上的一些“USB充电线”的内部电路。其主要原理是利用电阻限定最大电流,利用二极管的压降(约0.7V)把USB接口5V左右的输出电压降到 4.2V左右然后对锂电池充电。这个电路具有简单、成本低的优点,但缺点也是显而易见的:充电电流和充电电压因USB接口的不同以及电池状态的不同而有所不同,基本上无法把握,在很多时候电池极有可能充不满(充电电压达不到4.2V),而有时候则可 能会过充而损坏电池。这个电路对一些内部具有完善保护电路的锂电池来说尚可接受,而对普通锂电池则有一定危险性。

  

  2.2方案二

  图2是由MAX1551/1555构成的一种实用USB锂电池充电电路。MAX1551/1555是MAXIM公司设计生产的USB单节锂电池充电芯片,为5引脚薄型SOT23封装,允许USB接口或者墙壁AC适配器3.7V~7V范围的电压输入。芯片内部还具有温度限制电路。

  对于这个电路,当连接到USB口、但无墙壁AC适配器的DC电源时,充电电流被设定为100mA(最大值)。这样在不需要端口通信的情况下,就允许从供电的 或未供电的USB口充电。当DC电源接通后,充电电流被设定为280mA(典型值),同时USB接口的输入自动被切断。如果两个输入端都无电压输入,电路 则自动截止,这时电池的反向漏电流小于5uA,无需外加二极管来防止电池漏电而发生损耗。

  

  当电池电压低于3V时,会进入充电电流被限定为40mA的预充电模式(涓流充电状态),只有当电池被充到3V以上时才进入正常的充电模式(100mA或 280mA)。这样的模式保护了深度放电的电池。图3和图4分别是用DC电源盒USB接口作为输入的电池电压与充电电流的关系曲线。

  

  

  另外,对于MAX1551“,/POK”用于指示输入电源是否接通(输入电压3.95V时输出低电平);而对于MAX1555“,/CHG”用于指示充电状态(当充电电流大于50mA时输出低电平)。

  2.3方案三

  应该说,方案二是一个安全、各方面考虑比较周全和完善的USB锂电池充电方案。但该方案的缺点在于:充电电流被固定在100mA或280mA左右,特别是在 USB接口供电时,只能是100mA的充电电流对于容量较大电池来说,需要花费相当长的充电时间。另外一个缺点是没有充电定时功能,充电的结束与否不能进行人为控制。图5是另一个实用USB接口充电电路,使用LTC4053作为设计核心,既保持了方案二的优点又解决了上述不足。

  

  LTC4053是凌特(Linear)公司推出的一款可以从一个USB接口直接供电的锂离子电池用独立型定时终止恒流/恒压线性充电器IC,为10 脚MSOP封装。可以直接由USB接口对单节锂电池进行充电,也可以允许使用墙壁AC适配器的DC电源作为供电电源。所需的输入电压范围是 4.25V~6.5V.包括一个片内功率MOSFET管。这个芯片的最大特点是允许设计者自行设定充电电流和充电时间,充电终止电压则已预设为4.2V.

  在图5中,充电电流是由LTC4053的PROG(7)引脚上的电阻R来设定的,其计算公式为:R=1500V/ICHG,例如要设定的充电电流为 500mA,则R=1500V/015A=3kΩ。充电电流最大可设为1125A.图6为充电电流与电池电压的关系曲线图。

  

  LTC4053的TIMER(4)引脚上的电容C用于设定充电时间,计算公式为:T(小时)=C(uF)?3/011uF.当C=011uF时,充电时间为3小时。

  这个电路具有类似方案二预充电模式的涓流充电模式,并特有故障电池检测功能:当电池电压低于2.48V时,以全标度电流的10%涓流充电;如果这种状态持续的时间超过总充电时间的四分之一,则认为电池已损坏而停止充电循环。

  LTC4053本身具有完善的温度检测和补偿、调整功能,可以允许用户安全地以较大电流充电从而大大减少充电时间,图7为充电电流与环境温度的关系曲线图。同样,当LTC4053无电压输入时,电路能自动截止,反向漏电流小于5uA,无需外加二极管来防止电池漏电,避免了电池的损耗。

  

  3 结语

  毫无疑问,在这三个方案中,第三个方案的功能是最完善,其设计应用的灵活性也最大的,但芯片的引脚较多,器件成本可能也比别的方案要高些。在实际中,我们可以根据用途、成本等实际情况来选择不同的方案以满足不同的要求。随着集成电路技术的发展、新器件的不断推出,我们相信会有更多更好的USB充电方案出现。

收藏 人收藏
分享:

评论

相关推荐

林超文PCB设计项目综合实战_第2课时:常用电路工作原理解析

林超文PCB设计项目综合实战(包含所有PCB项目直播),购买全套课程更优惠!课程地址:http://t.elecfans
发表于 12-18 00:00 112次 阅读
林超文PCB设计项目综合实战_第2课时:常用电路工作原理解析

USB Type-C接口具有六大优势正将迎来爆发的千亿市场

USB Type-C一种电子设备接口标准,也叫USB-C,是USB Type-A/B的升级版本。20....
发表于 04-24 15:43 77次 阅读
USB Type-C接口具有六大优势正将迎来爆发的千亿市场

对USB信号进行光电隔离的电路

作者:孙汉华 黄丽 王朝辉 目前计算机的USB接口已经大量使用,一般每台电脑都有2到4个USB口。当一台电脑同时接多个US...
发表于 04-24 07:00 31次 阅读
对USB信号进行光电隔离的电路

为什么电脑上的USB口跟手机上的USB功能不一样

一个USB口 可以是以下三种规格中的一种: 1)USB主控制器 又叫USB HOST。 可以有....
发表于 04-19 15:37 83次 阅读
为什么电脑上的USB口跟手机上的USB功能不一样

如何制作一个usb双母头接口

这个是台式电脑的usb跳线,有电脑的这个都很常见的,今天突发奇想做个usb双母头接口,所以就用到了这....
发表于 04-18 15:36 100次 阅读
如何制作一个usb双母头接口

如何解决usb接口的电磁兼容问题

由于usb接口其运行速率较高,容易通过usb连接线缆对外高频辐射超标,同时由于带电热插拔,容易受到瞬....
发表于 04-18 14:23 106次 阅读
如何解决usb接口的电磁兼容问题

了解自举电容首次充电电路分析和搭建

本课程主要介绍电感的一些基本原理,它的一些特征和特性,是如何进行工作的。以及什么叫CCM模式,DCM....
的头像 Elecfans学院推荐 发表于 04-16 17:44 1363次 阅读
了解自举电容首次充电电路分析和搭建

Type-C接口有哪些特点

Type-C是USB接口的一种连接介面,不分正反两面均可插入,大小约为8.3mm×2.5mm,和其他....
发表于 04-15 15:13 156次 阅读
Type-C接口有哪些特点

笔记本电脑中使用的接口有哪些

目前所售机型大多数USB接口都是2.0标准,USB1.1的产品已经被淘汰。USB2.0理论传输速率4....
发表于 04-15 15:08 131次 阅读
笔记本电脑中使用的接口有哪些

HDMI接口有哪些类型各有什么优点

HDMI的接口分成A、B、C、D4种类型。其中A类(Type A)是最常见的,一般平板电视或视频设备....
发表于 04-12 15:41 99次 阅读
HDMI接口有哪些类型各有什么优点

苹果正在开发新接口UAC以便替代Lightning或是USB接口

消息来源称,新的接口被称为 UAC,全称为 Ultra Accessory Connector,直译....
发表于 04-10 16:37 156次 阅读
苹果正在开发新接口UAC以便替代Lightning或是USB接口

USB接口规范介绍!USB Type-C连接器规范

标准的HDMI Type-A接口如图2所示,图3显示的是支持HDMI可选模式USB Type-C接口....
的头像 贸泽电子设计圈 发表于 04-10 11:28 522次 阅读
USB接口规范介绍!USB Type-C连接器规范

苹果Lightning接口数据线为何那么贵

Lightning接口数据线可正反盲插的特点确实抛开安卓阵型标配的为人诟病的Micro USB接口好....
发表于 04-04 14:04 269次 阅读
苹果Lightning接口数据线为何那么贵

Type-C接口将成为众多用电设备的共同选择

如何解决设计师的难题,而又能让用户方便的仅用一个充电器就能给大多数手机都高效地进行USB-C充电呢?....
发表于 04-03 15:09 96次 阅读
Type-C接口将成为众多用电设备的共同选择

Type-C比普通USB数据线的优势有哪些

我们都知道,移动通讯技术根据时代划分,第三代移动通讯技术叫3G,第四代移动通讯技术叫4G,USB的发....
发表于 04-03 15:03 205次 阅读
Type-C比普通USB数据线的优势有哪些

为什么安卓手机不全都用Type-C接口

Type-C接口是最近几年流行起来的新一代的数据接口,像是三星,华为,小米等国内外的安卓旗舰手机采用....
发表于 04-01 14:11 219次 阅读
为什么安卓手机不全都用Type-C接口

未来或许将只有USB-C这一种USB接口形态了

前两点,都是马甲行为,换个名字而已,但最关键的是第三点,要实现USB 3.2 Gen2X2的最新协议....
发表于 03-27 14:23 119次 阅读
未来或许将只有USB-C这一种USB接口形态了

基于CAN总线接口卡的软件设计

硬件部分主要包括主控制器、CAN总线控制器、CAN总线收发器以及与计算机的RS 232通信接口芯片等....
发表于 03-26 13:56 87次 阅读
基于CAN总线接口卡的软件设计

USB接口IP核关键模块的设计

USB通信逻辑上分成了3层:信号层、协议层和数据层。信号层用来实现在USB设备和主机的物理连接之间传....
发表于 03-22 14:59 112次 阅读
USB接口IP核关键模块的设计

I2C接口与单片机之间的通信设计

I2C总线技术是Philips公司研制出来的串行扩展技术。他是一种简单、双向二线制同步串 行总线,他....
发表于 03-21 14:24 168次 阅读
I2C接口与单片机之间的通信设计

工业通信用的USB串口光纤通信方案

USB口已经成为了计算机最重要的外部接口,几乎可以代替所有外部接口。USB的规范规定USB的通信距离....
发表于 03-21 14:16 242次 阅读
工业通信用的USB串口光纤通信方案

USB总线的总体结构和基本概念

USB(通用串行总线),由Intel公司提出,带宽为12Mbps,与传统接口总线相比,主要优点有三个....
发表于 03-14 13:52 185次 阅读
USB总线的总体结构和基本概念

基于DSP系统的USB-PC104转换板设计

第一种是专为USB设计的芯片,这类芯片的主要来源是CYPRESS的M8系列和ScanLogic的SL....
发表于 03-08 14:41 110次 阅读
基于DSP系统的USB-PC104转换板设计

英特尔成功开发出了Light Peak光接口技术

一位要求匿名的一线PC大厂资深工程师表示,各家PC制造商目前正在如火如荼转换采用以铜线为基础的、数据....
发表于 03-04 14:15 377次 阅读
英特尔成功开发出了Light Peak光接口技术

新一代USB桥接芯片转UART接口芯片设计

新款CP2110和CP2112桥接芯片兼容大多数操作系统自带的USB-HID类规格(class sp....
发表于 02-28 14:30 141次 阅读
新一代USB桥接芯片转UART接口芯片设计

基于C8051F系列单片机的数据采集系统USB接口设计

C8051F320 是由美国Cygnal 公司推出的C8051F 系列单片机中的一款用于USB 设备....
发表于 02-26 15:16 140次 阅读
基于C8051F系列单片机的数据采集系统USB接口设计

超声波无损检测系统的A/D与ARM接口设计

S3C2410处理器是Samsung公司基于ARM公司的ARM920T处理器核,采用0.18μm制造....
发表于 02-20 15:25 162次 阅读
超声波无损检测系统的A/D与ARM接口设计

如何让便携设备通过USB接口与PC连接起来

USB已经成为PC与外备进行通信的最通用标准。键盘、打印机、网络摄像机、数据存储设备、移动电话、MP....
发表于 02-14 15:29 359次 阅读
如何让便携设备通过USB接口与PC连接起来

FPGA对微型打印机的驱动设计

RDDH型微型打印机采用热敏加热点阵打印方式,是一款体积小,打印速度快的打印输出设备。该型打印机可采....
发表于 02-14 15:17 119次 阅读
FPGA对微型打印机的驱动设计

低功耗MSP430数据采集系统的USB接口设计

实现系统运行的最小功耗是现代电子系统的普通取向,也是绿色电子的基本要求。采有最小功耗设计方法既能减少....
的头像 电子设计 发表于 02-06 19:52 331次 阅读
低功耗MSP430数据采集系统的USB接口设计

请教充电指示电路的电阻如何取值?

请教一下, USB=5V供电给充电电池充电, 需要使指示灯在电池充到4.1V时灭灯, 以下电路是否可以, 可以的话其中的R1和R2电阻分...
发表于 01-29 10:21 909次 阅读
请教充电指示电路的电阻如何取值?

Cypress TrueTouch电容触摸屏的通讯接口设计方案

Cypress PSoC 技术将可编程模拟 / 数字资源集成在单颗芯片上,为感应电容式触摸屏提供了T....
发表于 01-28 15:03 243次 阅读
Cypress TrueTouch电容触摸屏的通讯接口设计方案

简单易制的12V蓄电池自动充电电路

12V蓄电池自动充电电路会自动监测蓄电池电压,当蓄电池电压低于11V时,该电路自动对蓄电池充电直到将....
的头像 电子设计 发表于 01-26 09:08 687次 阅读
简单易制的12V蓄电池自动充电电路

直流电机驱动请问电脑usb接口和充电宝有什么区别

直流电机用L298N模块驱动,L298N模块驱动接自动升降压模块驱动,然后自动升降压模块的输入端接电脑的usb接口,可以实现电机的...
发表于 01-25 03:58 176次 阅读
直流电机驱动请问电脑usb接口和充电宝有什么区别

请问锂电池充电电路是如何工作的

大家好啊,下图是如何工作的啊,还有就是那个二极管是干嘛用的啊 ...
发表于 01-22 23:04 146次 阅读
请问锂电池充电电路是如何工作的

三星和诺基亚等厂商正在推动NAND Flash应用接口标准UFS的规格统一

这些大厂希望能制定一种在消费性、通讯及计算机等3C领域上,各种 NAND Flash 应用的高性能通....
发表于 01-21 15:20 112次 阅读
 三星和诺基亚等厂商正在推动NAND Flash应用接口标准UFS的规格统一

用90s2313做的USB接口的红外遥控器

在网上看到一篇使用AT90S2313芯片做红外遥控的电路,把电路图摘下来了,有兴趣的朋友可以做一个玩....
的头像 电子设计 发表于 01-20 09:52 606次 阅读
用90s2313做的USB接口的红外遥控器

USB 3.0电缆与USB 2.0电缆对比分析

和USB 1.1升级到USB 2.0一样,新的USB 3.0接口和电缆的物理特性是向下兼容的。当然,....
发表于 01-18 15:04 457次 阅读
USB 3.0电缆与USB 2.0电缆对比分析

如何在USB口不通电的情况下判断端口上是否连接了设备?

设备上有
发表于 01-17 09:05 437次 阅读
如何在USB口不通电的情况下判断端口上是否连接了设备?

精选USB从入门到设计进阶资料

发表于 01-14 17:09 649次 阅读
精选USB从入门到设计进阶资料

USB接口IP核关键模块的设计和验证

USB通信逻辑上分成了3层:信号层、协议层和数据层。信号层用来实现在USB设备和主机的物理连接之间传....
发表于 01-11 15:31 217次 阅读
USB接口IP核关键模块的设计和验证

USB2.O接口电路与红外传输技术结合实现测试仪与PC机之间的数据传输

本传输系统主要由USB2.0接口电路(包括接口器件CY7C68013、电源转换、串行E2PROM)、....
发表于 01-11 15:03 141次 阅读
USB2.O接口电路与红外传输技术结合实现测试仪与PC机之间的数据传输

USB接口的各种标准对比分析

我们的USB接口出现3.0标准时,蓝色接口让人第一眼就能将新接口与之前的接口分开来,不过虽然USB3....
发表于 01-10 15:05 667次 阅读
USB接口的各种标准对比分析

USB接口WiFi模块WG209 使用 WPA_SUPPLICANT 连接AP热点的使用说明

 硬件:WG209 平台:UBUNTU12.04 32 位驱动:DPO_MT7601U_LinuxSTA_3.
的头像 GPS_WiFi_蓝牙模块知识 发表于 12-27 22:28 767次 阅读
USB接口WiFi模块WG209 使用 WPA_SUPPLICANT 连接AP热点的使用说明

SKYLAB-3款USB接口WiFi模块介绍

(1)USB接口WiFi模块WG209WG209 是 符合802.11b/g/n无线标准的1T1R USB 接
的头像 GPS_WiFi_蓝牙模块知识 发表于 12-27 22:28 1171次 阅读
SKYLAB-3款USB接口WiFi模块介绍

QC3.0快充输出端的电路原理讨论

这个是一个QC3.0的快充电路,5V,9V,12V输出的。其中次级输出端的电路如上图。但是我不知道这个地方的原理是什么。 D5...
发表于 12-25 10:08 330次 阅读
QC3.0快充输出端的电路原理讨论

USB接口是什么USB接口定义的资料概述

  USB 是 Universal Serial Bus 的缩写,由 Compaq、Digital、....
发表于 12-10 08:00 238次 阅读
USB接口是什么USB接口定义的资料概述

镍铬电池充电电路的原理

如图 大家帮忙分析一下,谢谢。
发表于 12-06 09:54 624次 阅读
镍铬电池充电电路的原理

汽车行驶记录仪的数据传输设计

[table] [tr][td]记录仪上记录的数据是管理和事故分析的关键资料,如果数据采集方式不科学,传输不方便,那么对汽车行驶记录仪产...
发表于 12-04 10:37 294次 阅读
汽车行驶记录仪的数据传输设计

案例:讲述WiFi模块连接USB接口摄像头步骤

一、工具和原料准备:(1)支持usb接口的WiFi模块SKW92(2)usb摄像头(3)带无线网卡的电脑,台式
的头像 GPS_WiFi_蓝牙模块知识 发表于 11-15 18:19 3440次 阅读
案例:讲述WiFi模块连接USB接口摄像头步骤

物联网小课堂之模组供电你要避开的几个坑?

今天小编就模组供电的基本常识进行了总结,下面的同学好好听讲的哦! 1 使用USB给模组供电的注意事项 标准的USB接口仅...
发表于 11-15 09:56 709次 阅读
物联网小课堂之模组供电你要避开的几个坑?

解答如何让USB接口提供更大电流

用USB2.0接口移动硬盘盒与一块20GB容量的笔记本硬盘(IC25N020ATDA04),组成了一....
的头像 39度创意研究所 发表于 10-27 10:08 3510次 阅读
解答如何让USB接口提供更大电流

某品牌洗衣机的电路板工艺与设计缺陷

本文为电子发烧友网用户:王军,欢迎烧友们继续来稿! 本人购买某品牌洗衣机,已使用4年多时间,前几天坏....
的头像 电子设计 发表于 10-22 14:41 2369次 阅读
某品牌洗衣机的电路板工艺与设计缺陷

基于高速USB接口模块的数据采集系统

工程师在设计基于PC的数据采集系统时都认为,要想获得比较好的性能,都需要使用PCI总线。其实并不是这....
的头像 电子发烧友网工程师 发表于 09-15 10:39 1160次 阅读
基于高速USB接口模块的数据采集系统

通过压缩弯曲能进行自行充电的新型锂电池

据消息报道,美国佐治亚理工学院的研究人员开发出了一种新的锂离子电池,当这种电池被压缩或弯曲时,它可以....
的头像 电子设计 发表于 08-31 09:09 1303次 阅读
通过压缩弯曲能进行自行充电的新型锂电池

电源充放电模块详细资料合集包括电路图免费下载

本充电电路设计模块可满足用电设备的边充电边放电功能,经过测试可正常使用,可用于制作充电宝以及智能产品....
发表于 08-21 08:00 492次 阅读
电源充放电模块详细资料合集包括电路图免费下载

PS/2接口和USB接口对比 PS/2的延迟更低?

USB跟PS/2看起来功能一样,都是连接你的键盘或者鼠标到电脑,但是他们的工作原理,有很多截然不同之....
发表于 07-30 11:43 1506次 阅读
PS/2接口和USB接口对比 PS/2的延迟更低?

打印机驱动软件合集包括(USB接口驱动,PCI扩展卡驱动)免费下载

本文档的主要内容详细介绍的是打印机驱动软件合集包括(USB接口驱动,PCI扩展卡驱动)免费下载.
发表于 07-20 08:00 188次 阅读
打印机驱动软件合集包括(USB接口驱动,PCI扩展卡驱动)免费下载

高度集成电路BQ24314和BQ24316数据手册免费下载

BQ24314和BQ24316是高度集成电路,旨在为充电电路的故障提供锂离子电池的保护。IC连续监测....
发表于 07-19 10:02 207次 阅读
高度集成电路BQ24314和BQ24316数据手册免费下载

怎么样才能选择好工业相机接口?

在了解数据接口之前,我们先来认识下什么是工业相机,工业相机的定义是机器视觉系统中的一个关键组件,其最....
的头像 工控云学堂 发表于 07-09 15:03 1631次 阅读
怎么样才能选择好工业相机接口?

R16 WiFi移植说明书的详细中文资料概述

本文档编写目的是让相关人员按照文档说明使用所支持的wifi ,要使用其中一款只需要修改相关配置即可。....
发表于 06-20 08:00 291次 阅读
R16 WiFi移植说明书的详细中文资料概述