浅谈锂离子电池充电及充电保护电路

2020-08-29      1266 次浏览

通过锂离子电池向电路系统供应3.3V电压,并具备USB充电功能及过充保护功能.


USB充电采用Tp4056芯片电路实现.Tp4056为单节锂离子电池恒定电流/恒定电压线性充电器,内部采用pMOSFET架构并结合防倒充电路,因此不要外部隔离二极管.热反馈可对充电电流进行自动调节,以便在大功率操作或高温环境温度条件下对芯片温度加以限制.充电电压恒定在4.2V,充电电流可通过电阻器进行外部设置.充电电流在达到最终充电电压后降至设定值的十分之一,Tp4056将自动终止充电循环.


当无输入电压时,Tp4056自动进入低电流状态,将电池漏电流降至2uA以下.Tp4056在有电源时也可置于停机模式,将供电电流降至55uA.Tp4056的管脚含义如下表所示.


USB充电电路图如下图:


电路分析:Header2为连接端子,B+和B_分别连接锂离子电池的正负极.Tp4056的4脚和8脚连接USB供电电压5V,3脚连接GND,完成芯片的供电和使能.1脚TEMp连接GND,关闭电池温度监测功能,2脚pROG连接电阻R23后接GND,可根据下式估算充电电流.


5脚BAT向电池供应充电电流和4.2V充电电压.指示灯D4、D5处于上拉状态,分别表示充电完成和正在充电,当连接芯片管脚为低电平时点亮.电池充电过程中6脚STDBY始终处于高阻态,此时D4灭,当充电完成时被内部开关拉低至低电平,此时D4亮,表示充电完成.与此相反电池充电工程中7脚时CHRG钟处于低电平,此时D5亮,表示正在充电,当充电完成时处于高阻态,此时D5灭.


锂离子电池过充过放保护电路采用DW01芯片配合MOS管8205A实现.DW01为锂离子电池保护电路芯片,具有高精度的电压监测和时间延迟电路.DW01芯片管脚含义如下表所示.


8205A为共漏极N沟道增强型功率场效应管,适用于电池保护或低压开关电路.芯片内部结构如下图所示.


锂离子电池充电保护电路如下图所示.


电路分析:Header3为拨动开关,控制是否采用锂离子电池供电.


锂离子电池正常工作:当锂离子电池在2.5V至4.3V之间时,DW01的1脚、3脚均输出高电平,2脚电压为0V.根据8205A原理图,DW01的1脚、3脚分别连接8205A的5脚、4脚,可知两个MOS管均处于导通状态,此时锂离子电池的负极与单片机电路电源地p_连通,锂离子电池正常供电.


过充保护控制:当锂离子电池通过Tp4056电路充电时,锂离子电池电量将随充电时间的新增而新增.当锂离子电池电压升高到4.4V时,DW01认为锂离子电池电压已处于过充电压状态,立即控制3脚输出0V,8205A芯片G1无电压导致MOS管截至.此时锂离子电池B_与单片机电路电源地p_不连通,即锂离子电池充电回路被切断,停止充电.虽然过充电控制开关管关闭,但其内部的二极管方向与放电回路的方向相同,因此当p+与p_间外接放电负载后,仍可以进行放电.当锂离子电池的电压被放至低于4.3V时,DW01停止过充电保护状态,此时锂离子电池B_与单片机电路电源地p_连通,再次进行正常充放电.


过放保护控制:当锂离子电池外接负载进行放电时,锂离子电池电压将慢慢降低.DW01通过R26电阻检测锂离子电池电压.当电压降低至2.3V时,DW01认为锂离子电池电压已处于过放电压状态,立即控制1脚输出0V,8205A芯片G2无电压导致MOS管截至.此时锂离子电池B_与单片机电路电源地p_不连通,即锂离子电池放电回路被切断,停止放电.当接上Tp4056电路充电时,DW01通过B_检测到充电电压后,控制1脚输出高电平,此时锂离子电池B_与单片机电路电源地p_连通,再次进行正常充放电.


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