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浅谈锂电池充电及充电保护电路

2020年07月13日 16:47 次阅读

通过锂电池电路系统提供3.3V电压,并具备USB充电功能及过充保护功能.

USB充电采用TP4056芯片电路实现.TP4056为单节锂离子电池恒定电流/恒定电压线性充电器,内部采用PMOSFET架构并结合防倒充电路,因此不需要外部隔离二极管.热反馈可对充电电流进行自动调节,以便在大功率操作或高温环境温度条件下对芯片温度加以限制.充电电压恒定在4.2V,充电电流可通过电阻器进行外部设置.充电电流在达到最终充电电压后降至设定值的十分之一,TP4056将自动终止充电循环.

当无输入电压时,TP4056自动进入低电流状态,将电池漏电流降至2 uA以下.TP4056在有电源时也可置于停机模式,将供电电流降至55 uA.TP4056的管脚定义如下表所示.

USB充电电路图如下图:

电路分析:Header2为连接端子,B+和B_分别连接锂电池的正负极.TP4056的4脚和8脚连接USB供电电压5V,3脚连接GND,完成芯片的供电和使能.1脚TEMP连接GND,关闭电池温度监测功能,2脚PROG连接电阻R23后接GND,可根据下式估算充电电流.

5脚BAT向电池提供充电电流和4.2V充电电压.指示灯D4、D5处于上拉状态,分别表示充电完成和正在充电,当连接芯片管脚为低电平时点亮.电池充电过程中6脚 STDBY始终处于高阻态,此时D4灭,当充电完成时被内部开关拉低至低电平,此时D4亮,表示充电完成.与此相反电池充电工程中7脚 时CHRG钟处于低电平,此时D5亮,表示正在充电,当充电完成时处 于高阻态,此时D5灭.

锂电池过充过放保护电路采用DW01芯片配合MOS管8205A实现.DW01为锂电池保护电路芯片,具有高精度的电压监测和时间延迟电路.DW01芯片管脚定义如下表所示.

8205A为共漏极N沟道增强型功率场效应管,适用于电池保护或低压开关电路.芯片内部结构如下图所示.

锂电池充电保护电路如下图所示.

电路分析:Header3为拨动开关,控制是否采用锂电池供电.

锂电池正常工作:当锂电池在2.5V至4.3V之间时,DW01的1脚、3脚均输出高电平,2脚电压为0V.根据8205A原理图,DW01的1脚、3脚分别连接8205A的5脚、4脚,可知两个MOS管均处于导通状态,此时锂电池的负极与单片机电路电源地P_连通,锂电池正常供电.

过充保护控制:当锂电池通过TP4056电路充电时,锂电池电量将随充电时间的增加而增加.当锂电池电压升高到4.4V时,DW01认为锂电池电压已处于过充电压状态,立即控制3脚输出0V,8205A芯片G1无电压导致MOS管截至.此时锂电池B_与单片机电路电源地P_不连通,即锂电池充电回路被切断,停止充电.虽然过充电控制开关管关闭,但其内部的二极管方向与放电回路的方向相同,因此当P+与P_间外接放电负载后,仍可以进行放电.当锂电池的电压被放至低于4.3V时,DW01停止过充电保护状态,此时锂电池B_与单片机电路电源地P_连通,再次进行正常充放电.

过放保护控制:当锂电池外接负载进行放电时,锂电池电压将慢慢降低.DW01通过R26电阻检测锂电池电压.当电压降低至2.3V时,DW01认为锂电池电压已处于过放电压状态,立即控制1脚输出0V,8205A芯片G2无电压导致MOS管截至.此时锂电池B_与单片机电路电源地P_不连通,即锂电池放电回路被切断,停止放电.当接上TP4056电路充电时,DW01通过B_检测到充电电压后,控制1脚输出高电平,此时锂电池B_与单片机电路电源地P_连通,再次进行正常充放电.

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