7.4v锂电池充电电路设计(一)
1、7.4v锂电池
7.4v为标称电压,最低电压是7v,最高电压是8.4v。内部是2节锂电池构成,单节锂电池的最高电压是4.2v,最低3.5v,如果电压低于3.5v,电池就作废了,不能给它充电,否则会有危险。同样单节锂电池也不能充到4.2v以上,否则也会有危险。
因此要设计一个充电器,保证单节锂电池不会超过4.2v,充电输入端,12v的电源。
充电时红色指示灯亮,充满后绿色指示灯亮。
2、电路设计
3、主控充电芯片:tp5100
这部分电路是为了输出8.4v让锂电池进行充电。
tp5100是一款开关降压型双节8.4v/单节4.2v锂电池充电管理芯片。
tp5100具有5v-18v宽输入电压,对电池充电分为涓流预充、恒流、恒压三个阶段,涓流预充电电流、恒流充电电流都通过外部电阻调整,最大充电电流达2a。
第13脚cs和第10脚vreg
cs(引脚13):锂离子状态片选输入端。cs端高输入电平(vreg)将使tp5100处于锂离子电池充电8.4v关断电压状态。cs端悬空使tp5100处于锂离子电池4.2v关断电压状态。低输入电平使tp5100处于停机状态。cs端可以被ttl或者cmos电平驱动控制。
这里因为要对8.4v充电,因此把cs连接到vreg引脚。
tp5100支持1.5a充电电流,rs(r1)用来调节充电电流。
rtrick(引脚12):涓流预充电流设置端。将rtrick引脚接地则预充电电流为10%设置恒流,通过外接电阻可以设置预充电电流。如果rtrick悬空则预充电电流等于恒流电流。
当接入电池时,芯片会检测电池的电压如果低于6v(8.4v充电模式)时,就会进行涓流预充电,如果把rtrick接地,涓流预充电时的电流为原来设置充电电流的百分之十进行恒流充电。
pwr_on-(引脚6):电源切换控制引脚。当芯片接电源时,pwr_on-被内部开关拉到低电平,驱动pmos导通,当芯片不接电源时,pwr_on-被内部开关拉到高电平为bat端电池电压,驱动pmos关断。此引脚可以用于电源供电切换,也可用作检测电源上电建立是否正常。
比如想在充电的时候也用12v电源,因为第6脚连接到了pmos的控制端,当芯片检测到有12v电源,就会在第6脚输出一个低电平,使得pmos管导通,导通之后12v电源直接给用电设备供电,而不是电池给用电设备供电。
如果还没连接12v,下面一个pmos管的控制端是低电平,下面的pmos管导通,用电设备是电池来供电。
4、r3电阻的选择
芯片vdd可以检测单节锂电池的电压,当单节锂电池的电压达到4.2v的时候,芯片的out引脚会控制mos管导通,导通之后锂电池跟r3电阻形成一个闭环回路,也就是在r3上需要耗电,这样r3一耗电,单节锂电池的电压会降低,不让单节锂电池的电压高于4.2v,起到保护的作用。
r3的选择要考虑放电时的功率,当单节锂电池电压是4.2v时,选择62欧姆电阻,功率为0.28w,因此不能选择1206封装的电阻,这里选择1812封装(1/2w)的电阻。
7.4v锂电池充电电路设计(二)
ant2801介绍:
ant2801是一款宽范围电压输入,专门为双节锂电池充电的芯片,无需传统的9v专用适配器,只需标准5v适配器。可以通过外置电阻来设定芯片充电电流,通过外置电容来设定充电超时时间。低阻抗的电源通路可以使充电效率更高,减少充电时间,提高电池使用寿命。ant2801可以自适应适配器的电流供应能力来自动调整充电电流,既能确保输入适配器不会出现过载现象,又能发挥适配器的最大电流能力,所以适用于各种直流设备以及标准usb充电设备。
ant2801自适应5v充电器,或者usb接口5v功能。即小于100ma/5v充电设备通过ant2801都能给两节锂电串联7.4v正常充电;大于2a/5v充电设备通过ant2801能自动提升充电电流,保证充电时间。如下图不同5v充电器电流(inputcurrent)跟对两节锂电串联7.4v充电电流(chargecurrent)关系(典型值):
ant2801内部充电管理部分采用一套完整可靠的充电机制。无论电池是否连接,都可以正常工作。而且无需外部补偿来实现芯片的稳定。在上电过程中,首先,vin对vout充电,当达到vin时,sw开始震荡工作,实现升压功能,当vout建立好之后,才开始检测vbatt状态。
1)vbatt<6v,涓流充电阶段开始进行。
2)6≤vbatt≤8.4v,恒流充电阶段开始进行。
在充电过程中,chg_ledpin到vldo之间的led会保持常亮状态,充电结束后,led会熄灭。充电超时,led会出现固定频率的闪烁状态,充电超时是指由于充电故障导致长时间不能充电,达到设定的时间后,led闪烁报警。
充电电压:
1)如果vbatt>6.8v,vout会比vbatt高出300mv,设定这个目的是为了最大的减小快速充电期间充电管的功耗,提高充电效率。
2)如果vbatt<6.8v,vout则会固定在7.1v,为电池提供充电驱动能力。
自动重新充电:
一个充电周期结束后,ant2801会关闭充电显示状态,在此期间,电池可能会因为自然放电出现电量下降,为了保证电池不会因为在连接适配器时,电量自动耗尽,当电池电压下降到自动充电阈值(典型值8.23v)时,新的充电周期就会自动开始。
7.4v锂电池充电电路设计(三)
电路原理:
由lm317和r1、r2、r3组成一个典型的恒流电路(431暂时认为断开r4比较大可以先不看)。当电压不太高时保持恒定的充电电流。以两节电池充电为例,理想状态下,充电电流应该是电压达到8.3v前一直保持恒定。当a点电压达到拐点值8.3v时,经过r4、r5分压,tl431开始导通,并把lm317的基准点电压从8.3v逐渐拉下。所谓拐点就是指电流开始下降的那点。直到电压达到8.4v的0电流点,a点仍然保持这个8.3v电压,lm317的输出vout下降到8.4v,其调整端下降到7.17v。
电池电压为8.3v时(拐点)各点的电压都标在图上,充电截止(8.4v)的各点电压以括号形式也标在后边。
元件选择:
①lm317,三端可调串连稳压块,选塑封的,lm317t,常用。根据电流不同,应选用相应的散热片。
②tl431,三端可调并联稳压块,与一个小三极管外形一样,常用。
③rl就是外接被充电池。
电流采样电阻r1,计算方法是r1=1.23/充电电流。例如,若充电电流为0.3a,则电阻应该选择4.1欧。这个电阻一般要选择功率大一些的,比如1a就应该是2w的。
④可调电阻r4可以选择那种篮色的精密多圈,取比额定值大一些的,比如23.2k的就可以选择25k的多圈。若嫌多圈太贵或难找,也可以用一个固定电阻串连一个普通可调电阻。例如23.2k的就可以选择22k固定加一个2.2k-3.9k可调节的,以便进行精细调节。
⑤电阻r2的要求不是很高,可以采用串并联的方法得到。比如8.8欧可以选择10欧并联75欧(或并50欧-91欧)。
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