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兩段式鋰電池充電電路

更新時間:2017/6/23 17:52:24    閱讀:4118    分享此文章:
本電路為兩段式鋰電池充電電路,能滿足鋰電低壓/反接保護,恒流恒壓分段充電的需求。

因為元件比較多,所以電路圖上面畫了很多框框,用來幫助分析這個電路。

電路的基本功能很簡單:

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,防止電池放電

 

以下是電路的簡單分析:

右邊的TL431和周邊的器件總共提供了如下幾個功能:

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,這個電壓起到補償作用。

當充電器中有電池的時候,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,引發回路總開關Q10導通,切斷了整個充電回路,這一方面可以確保輸出被短路等異常狀態下電路不工作,另外可以保證反接狀態的電池或者低于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,引發回路總開關Q10截止,打開了整個充電回路。同時,Q8也導通,Q8導通則通過Q9開啟了主充電回路。主充電回路很簡單,通過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Q3導通從而開啟Q1,電源經過R1和Q1,以2.5A向電池充電。次充電回路在回路總開關Q10導通的時候,總是開啟的,通過Q4同時完成充電以及和 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回路的總和,不過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的時候,Q6會輸出低電壓,這個電壓降低,首先會導致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,這個切斷是漸進的)。這時候電路處在恒壓充電狀態。隨著Q8的逐漸截止,主回路的充電電流逐漸減少,最終完全關閉。這時候電路通過次回路以不到10mA的電流繼續涓流充電,當Q6輸出的電壓進一步降低,Q7導通切斷總回路開關,完全停止充電。

設計這個電路的初衷很簡單,滿足鋰電低壓/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間。現有的充電電路,由于調整管工作在放大狀態,缺乏一個有效的手段得知其是否完全關閉了,而使用安培級別的大電流進行充電的時候,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入恒壓狀態后,累積充電時間來決定何時終止充電(似乎筆記本電腦,手機等的電路都是這樣的,不過我沒研究過,不確定)。這些方式要么不利于快速充電節省時間,要么會導致電池長期處于小電流充電狀態,而用戶難以覺察。終止充電的實際時間,往往是依靠單純的計算充電時間來確定的,這種方式很容易導致充電不足和過充。兩段式恒流的設計則完全避免了這個問題。首先主回路使用0.1歐姆的小電阻進行電流反饋,極大減少了因電阻導致的能耗和發熱,有效利用了電能。其次通過Q7和Q8的交錯式切換,充電狀態的切換很容易得知。只需要把小電流恒流的電流值,設定為終止充電電流,則這個切換發生的時機,就是完成充電的實際時間。如果有必要可以在電路上在這個時機做一個切斷。 另外說明一下,電路看起來很復雜,布線有點亂,主要是因為本人缺乏經驗*^_^*,另外有些怪異的接法是為了滿足防止斷電狀態電池放電而設計。

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