兩段式鋰電充電電路,Li-Ion battery charger

關(guān)鍵字：兩段式鋰電充電電路

因?yàn)樵容^多，所以上面畫了很多框框，用來(lái)幫助分析這個(gè)電路。

電路的基本功能很簡(jiǎn)單：

1，大電流恒流充電
2，小電流恒流充電
3，恒壓充電
4，電池電壓不足和反接保護(hù)
5，斷電狀態(tài)，防止電池放電

以下是電路的簡(jiǎn)單分析：

右邊的TL431和周邊的器件總共提供了如下幾個(gè)功能：

1，4.2V基準(zhǔn)電壓，由TL431直接提供
2，3V基準(zhǔn)電壓，由R7和R8分壓獲得
3，約2mA的恒流源，由Q11和R9，借助3V基準(zhǔn)電壓獲得
4，充電電流基準(zhǔn)電壓，由恒流源借助Q12和R3獲得。電壓值為大約(0.25V + Vbe),其中Vbe是Q12的be電壓，這個(gè)電壓起到補(bǔ)償作用。

當(dāng)充電器中有電池的時(shí)候，首先由Q13把電池電壓和3V基準(zhǔn)比較，由于Q13自身有0.7V左右壓降，所以檢測(cè)到的電池電壓為2.3V左右。

當(dāng)電池電壓低于2.3V，Q13導(dǎo)通，引發(fā)回路總開關(guān)Q10導(dǎo)通，切斷了整個(gè)充電回路，這一方面可以確保輸出被短路等異常狀態(tài)下電路不工作，另外可以保證反接狀態(tài)的電池或者低于2.3V的電池不被充電。

如果電池電壓高于2.3V，Q13截止，由Q5和Q6構(gòu)成的電壓比較器，把電池電壓和4.2V基準(zhǔn)做比較，

如果電池電壓低于4.2V，則Q6導(dǎo)通，Q6的c極輸出高電壓，引起Q7截止，引發(fā)回路總開關(guān)Q10截止，打開了整個(gè)充電回路。

同時(shí)，Q8也導(dǎo)通，Q8導(dǎo)通則通過(guò)Q9開啟了主充電回路。

主充電回路很簡(jiǎn)單，通過(guò)Q2，把采樣電阻R1上的電壓和 充電電流基準(zhǔn)電壓 比較，如果電壓低于0.25V，則引發(fā)Q3導(dǎo)通從而開啟Q1，電源經(jīng)過(guò)R1和Q1，以2.5A向電池充電。

次充電回路在回路總開關(guān)Q10導(dǎo)通的時(shí)候，總是開啟的，通過(guò)Q4同時(shí)完成充電以及和 充電電流基準(zhǔn)電壓 比較的作用，提供精度差一些的恒流充電。

電路總的充電電流是兩個(gè)回路的總和，不過(guò)次回路電流只有不到10mA，而主回路則高達(dá)2.5A

當(dāng)電池電壓接近4.2V的時(shí)候，Q6會(huì)輸出低電壓，這個(gè)電壓降低，首先會(huì)導(dǎo)致Q8截止，Q8截止的后果是主回路被切斷（由于Q6工作在放大狀態(tài)，這個(gè)切斷是漸進(jìn)的）。這時(shí)候電路處在恒壓充電狀態(tài)。

隨著Q8的逐漸截止，主回路的充電電流逐漸減少，最終完全關(guān)閉。

這時(shí)候電路通過(guò)次回路以不到10mA的電流繼續(xù)涓流充電，當(dāng)Q6輸出的電壓進(jìn)一步降低，Q7導(dǎo)通切斷總回路開關(guān)，完全停止充電。

設(shè)計(jì)這個(gè)電路的初衷很簡(jiǎn)單，滿足鋰電低壓/反接保護(hù)，恒流恒壓分段充電的需求。

之所以在恒流上面設(shè)計(jì)兩段，主要目的是為了能有效得知充電結(jié)束時(shí)間。

現(xiàn)有的充電電路，由于調(diào)整管工作在放大狀態(tài)，缺乏一個(gè)有效的手段得知其是否完全關(guān)閉了，而使用安培級(jí)別的大電流進(jìn)行充電的時(shí)候，對(duì)充電電流小于終止電流的檢測(cè)很復(fù)雜，所以目前的充電器，要么使用小電流（500mA以下）充電，要么壓根不檢測(cè)終止電流，恒壓到底，比較負(fù)責(zé)的電路則采用進(jìn)入恒壓狀態(tài)后，累積充電時(shí)間來(lái)決定何時(shí)終止充電（似乎筆記本電腦，手機(jī)等的電路都是這樣的，不過(guò)我沒(méi)研究過(guò)，不確定）。

這些方式要么不利于快速充電節(jié)省時(shí)間，要么會(huì)導(dǎo)致電池長(zhǎng)期處于小電流充電狀態(tài)，而用戶難以覺察。終止充電的實(shí)際時(shí)間，往往是依靠單純的計(jì)算充電時(shí)間來(lái)確定的，這種方式很容易導(dǎo)致充電不足和過(guò)充。

兩段式恒流的設(shè)計(jì)則完全避免了這個(gè)問(wèn)題。

首先主回路使用0.1歐姆的小電阻進(jìn)行電流反饋，極大減少了因電阻導(dǎo)致的能耗和發(fā)熱，有效利用了電能。

其次通過(guò)Q7和Q8的交錯(cuò)式切換，充電狀態(tài)的切換很容易得知。只需要把小電流恒流的電流值，設(shè)定為終止充電電流，則這個(gè)切換發(fā)生的時(shí)機(jī)，就是完成充電的實(shí)際時(shí)間。如果有必要可以在電路上在這個(gè)時(shí)機(jī)做一個(gè)切斷。

另外說(shuō)明一下，電路看起來(lái)很復(fù)雜，布線有點(diǎn)亂，主要是因?yàn)楸救巳狈?jīng)驗(yàn)*^_^*，另外有些怪異的接法是為了滿足防止斷電狀態(tài)電池放電而設(shè)計(jì)。

這里是這個(gè)電路的schdoc，有興趣的朋友可以下載進(jìn)行仿真，我使用大電容代替電池，得到的效果還是不錯(cuò)的。

電路.rar