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兩段式鋰電池充電電路

更新時(shí)間:2017/6/23 17:52:24    閱讀:33827    分享此文章:
本電路為兩段式鋰電池充電電路,能滿(mǎn)足鋰電低壓/反接保護,恒流恒壓分段充電的需求。

因為元件比較多,所以電路圖上面畫(huà)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
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基準電壓,由TL431直接提供
2,3V基準電壓,由R7和R8分壓獲得
3,約2mA的恒流源,由Q11和R9,借助3V基準電壓獲得
4,充電電流基準電壓,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)電壓起到補償作用。

當充電器中有電池的時(shí)候,首先由Q13把電池電壓和3V基準比較,由于Q13自身有0.7V左右壓降,所以檢測到的電池電壓為2.3V左右。 當電池電壓低于2.3V,Q13導通,引發(fā)回路總開(kāi)關(guān)Q10導通,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構成的電壓比較器,把電池電壓和4.2V基準做比較,如果電池電壓低于4.2V,則Q6導通,Q6的c極輸出高電壓,引起Q7截止,引發(fā)回路總開(kāi)關(guān)Q10截止,打開(kāi)了整個(gè)充電回路。同時(shí),Q8也導通,Q8導通則通過(guò)Q9開(kāi)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 充電電流基準電壓 比較,如果電壓低于0.25V,則引發(fā)Q3導通從而開(kāi)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(kāi)關(guān)Q10導通的時(shí)候,總是開(kāi)啟的,通過(guò)Q4同時(shí)完成充電以及和 充電電流基準電壓 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2.5A。當電池電壓接近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(zhù)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的電流繼續涓流充電,當Q6輸出的電壓進(jìn)一步降低,Q7導通切斷總回路開(kāi)關(guān),完全停止充電。

設計這個(gè)電路的初衷很簡(jiǎn)單,滿(mǎn)足鋰電低壓/反接保護,恒流恒壓分段充電的需求。之所以在恒流上面設計兩段,主要目的是為了能有效得知充電結束時(shí)間,F有的充電電路,由于調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,而使用安培級別的大電流進(jìn)行充電的時(shí)候,對充電電流小于終止電流的檢測很復雜,所以目前的充電器,要么使用小電流(500mA以下)充電,要么壓根不檢測終止電流,恒壓到底,比較負責的電路則采用進(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省時(shí)間,要么會(huì )導致電池長(cháng)期處于小電流充電狀態(tài),而用戶(hù)難以覺(jué)察。終止充電的實(shí)際時(shí)間,往往是依靠單純的計算充電時(shí)間來(lái)確定的,這種方式很容易導致充電不足和過(guò)充。兩段式恒流的設計則完全避免了這個(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,設定為終止充電電流,則這個(gè)切換發(fā)生的時(shí)機,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)機做一個(gè)切斷。 另外說(shuō)明一下,電路看起來(lái)很復雜,布線(xiàn)有點(diǎn)亂,主要是因為本人缺乏經(jīng)驗*^_^*,另外有些怪異的接法是為了滿(mǎn)足防止斷電狀態(tài)電池放電而設計。

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