两段式锂电充电电路,Li-Ion battery charger
两段式锂电充电电路,li-ion battery charger
关键字：两段式锂电充电电路
因为元件比较多，所以上面画了很多框框，用来帮助分析这个电路。
电路的基本功能很简单：
1，大电流恒流充电
2，小电流恒流充电
3，恒压充电
4，电池电压不足和反接保护
5，断电状态，防止电池放电
以下是电路的简单分析：
右边的tl431和周边的器件总共提供了如下几个功能：
1，4.2v基准电压，由tl431直接提供
2，3v基准电压，由r7和r8分压获得
3，约2ma的恒流源，由q11和r9，借助3v基准电压获得
4，充电电流基准电压，由恒流源借助q12和r3获得。电压值为大约(0.25v + vbe),其中vbe是q12的be电压，这个电压起到补偿作用。
当充电器中有电池的时候，首先由q13把电池电压和3v基准比较，由于q13自身有0.7v左右压降，所以检测到的电池电压为2.3v左右。
当电池电压低于2.3v，q13导通，引发回路总开关q10导通，切断了整个充电回路，这一方面可以确保输出被短路等异常状态下电路不工作，另外可以保证反接状态的电池或者低于2.3v的电池不被充电。
如果电池电压高于2.3v，q13截止，由q5和q6构成的电压比较器，把电池电压和4.2v基准做比较，
如果电池电压低于4.2v，则q6导通，q6的c极输出高电压，引起q7截止，引发回路总开关q10截止，打开了整个充电回路。
同时，q8也导通，q8导通则通过q9开启了主充电回路。
主充电回路很简单，通过q2，把采样电阻r1上的电压和 充电电流基准电压 比较，如果电压低于0.25v，则引发q3导通从而开启q1，电源经过r1和q1，以2.5a向电池充电。
次充电回路在回路总开关q10导通的时候，总是开启的，通过q4同时完成充电以及和 充电电流基准电压 比较的作用，提供精度差一些的恒流充电。
电路总的充电电流是两个回路的总和，不过次回路电流只有不到10ma，而主回路则高达2.5a
当电池电压接近4.2v的时候，q6会输出低电压，这个电压降低，首先会导致q8截止，q8截止的后果是主回路被切断（由于q6工作在放大状态，这个切断是渐进的）。这时候电路处在恒压充电状态。
随着q8的逐渐截止，主回路的充电电流逐渐减少，最终完全关闭。
这时候电路通过次回路以不到10ma的电流继续涓流充电，当q6输出的电压进一步降低，q7导通切断总回路开关，完全停止充电。
设计这个电路的初衷很简单，满足锂电低压/反接保护，恒流恒压分段充电的需求。
之所以在恒流上面设计两段，主要目的是为了能有效得知充电结束时间。
现有的充电电路，由于调整管工作在放大状态，缺乏一个有效的手段得知其是否完全关闭了，而使用安培级别的大电流进行充电的时候，对充电电流小于终止电流的检测很复杂，所以目前的充电器，要么使用小电流（500ma以下）充电，要么压根不检测终止电流，恒压到底，比较负责的电路则采用进入恒压状态后，累积充电时间来决定何时终止充电（似乎笔记本电脑，手机等的电路都是这样的，不过我没研究过，不确定）。
这些方式要么不利于快速充电节省时间，要么会导致电池长期处于小电流充电状态，而用户难以觉察。终止充电的实际时间，往往是依靠单纯的计算充电时间来确定的，这种方式很容易导致充电不足和过充。
两段式恒流的设计则完全避免了这个问题。
首先主回路使用0.1欧姆的小电阻进行电流反馈，极大减少了因电阻导致的能耗和发热，有效利用了电能。
其次通过q7和q8的交错式切换，充电状态的切换很容易得知。只需要把小电流恒流的电流值，设定为终止充电电流，则这个切换发生的时机，就是完成充电的实际时间。如果有必要可以在电路上在这个时机做一个切断。
另外说明一下，电路看起来很复杂，布线有点乱，主要是因为本人缺乏经验*^_^*，另外有些怪异的接法是为了满足防止断电状态电池放电而设计。
这里是这个电路的schdoc，有兴趣的朋友可以下载进行仿真，我使用大电容代替电池，得到的效果还是不错的。
电路.rar
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1，4.2v基准电压，由tl431直接提供
2，3v基准电压，由r7和r8分压获得
3，约2ma的恒流源，由q11和r9，借助3v基准电压获得
4，充电电流基准电压，由恒流源借助q12和r3获得。电压值为大约(0.25v + vbe),其中vbe是q12的be电压，这个电压起到补偿作用。
当充电器中有电池的时候，首先由q13把电池电压和3v基准比较，由于q13自身有0.7v左右压降，所以检测到的电池电压为2.3v左右。
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如果电池电压低于4.2v，则q6导通，q6的c极输出高电压，引起q7截止，引发回路总开关q10截止，打开了整个充电回路。
同时，q8也导通，q8导通则通过q9开启了主充电回路。
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电路总的充电电流是两个回路的总和，不过次回路电流只有不到10ma，而主回路则高达2.5a
当电池电压接近4.2v的时候，q6会输出低电压，这个电压降低，首先会导致q8截止，q8截止的后果是主回路被切断（由于q6工作在放大状态，这个切断是渐进的）。这时候电路处在恒压充电状态。
随着q8的逐渐截止，主回路的充电电流逐渐减少，最终完全关闭。
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另外说明一下，电路看起来很复杂，布线有点乱，主要是因为本人缺乏经验*^_^*，另外有些怪异的接法是为了满足防止断电状态电池放电而设计。
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