鋰電池充電電路設(shè)計(jì)、原理圖文詳解-KIA MOS管

電池充電方式簡介

理論上為了防止因充電不當(dāng)而造成電池壽命縮短，我們將電池的充電過程分為四個(gè)階段：涓流充電（低壓預(yù)充，此狀態(tài)的電池電壓比較低，實(shí)際使用時(shí)，建議將鋰電池欠壓保護(hù)點(diǎn)提高，避免電池出現(xiàn)過放電現(xiàn)象）、恒流充電、恒壓充電以及充電終止。

鋰電池充電電路

典型的充電方式是：先檢測待充電電池的電壓，在電池電壓較低情況下，先進(jìn)行預(yù)充電，充電電流為設(shè)定的最大充電電流的1/10，當(dāng)電池電壓升到一定值后，進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)充電過程。

標(biāo)準(zhǔn)充電過程為：以最大充電電流進(jìn)行恒流充電，電池電壓持續(xù)穩(wěn)定上升，當(dāng)電池電壓升到接近設(shè)定的最大電壓時(shí)，改為恒壓充電，此時(shí)，充電電流逐漸下降，當(dāng)電流下降至最大充電電流的1/10時(shí)，充電結(jié)束。

階段1：涓流充電——涓流充電用來先對完全放電的電池單元進(jìn)行預(yù)充(恢復(fù)性充電)。在電池電壓低于3V左右時(shí)采用涓流充電，涓流充電電流是恒流充電電流的十分之一即0.1c(以恒定充電電流為1A舉例，則涓流充電電流為100mA)。

階段2：恒流充電——當(dāng)電池電壓上升到涓流充電閾值以上時(shí)，提高充電電流進(jìn)行恒流充電。恒流充電的電流在0.2C至 1.0C之間。電池電壓隨著恒流充電過程逐步升高,一般單節(jié)電池設(shè)定的此電壓為3.0-4.2V。

階段3：恒壓充電—— 當(dāng)電池電壓上升到4.2V時(shí)，恒流充電結(jié)束，開始恒壓充電階段。電流根據(jù)電芯的飽和程度，隨著充電過程的繼續(xù)充電電流由最大值慢慢減少，當(dāng)減小到0.01C時(shí)，認(rèn)為充電終止。（C是以電池標(biāo)稱容量對照電流的一種表示方法，如電池是1000mAh的容量，1C就是充電電流1000mA。）

階段4：充電終止——有兩種典型的充電終止方法：采用最小充電電流判斷或采用定時(shí)器(或者兩者的結(jié)合)。最小電流法監(jiān)視恒壓充電階段的充電電流，并在充電電流減小到0.02C至0.07C范圍時(shí)終止充電。第二種方法從恒壓充電階段開始時(shí)計(jì)時(shí)，持續(xù)充電兩個(gè)小時(shí)后終止充電過程。

鋰電池充電電路

電池充電電路設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

若設(shè)計(jì)的充電電路沒有防倒灌保護(hù)，將會產(chǎn)生許多危害。以輸出端接2節(jié)鋰電池串聯(lián)為例，若僅將電源去除，充電器沒有移除，電池內(nèi)的電流倒灌至充電電路中，導(dǎo)致電池電量白白損失。

且更嚴(yán)重的安全隱患是：對于降壓電源芯片來說，電池電流從輸出端，經(jīng)芯片內(nèi)部功率管寄生的二極管倒灌至芯片的VIN端，當(dāng)電路的輸出端電壓（電池電壓）低于設(shè)定值時(shí)，芯片F(xiàn)B點(diǎn)電壓相應(yīng)的也會低于標(biāo)稱值，芯片開始工作來提高輸出端電壓；

由于輸入端電壓幾乎與輸出端相等，對于降壓芯片來說，輸入端無法給輸出端提供能量，導(dǎo)致FB點(diǎn)電壓一直低于標(biāo)稱值，芯片進(jìn)入占空比100% 的工作狀態(tài)。

此時(shí)若是輸入端突然恢復(fù)供電，輸入端電源會經(jīng)過已經(jīng)打開的功率管直接把能量輸送到輸出端，由于輸入輸出存在壓差，瞬間會有比較大的電流流過功率管，若此時(shí)由于其它不可控的原因?qū)е滦酒茨芗皶r(shí)有效做出響應(yīng)來關(guān)閉功率管，這個(gè)大電流有可能會使芯片內(nèi)部開關(guān)管損壞。因此在設(shè)計(jì)電池充電電路時(shí)，我們需要添加防倒灌的措施。

升壓方案由于續(xù)流二極管可以起到防倒灌的作用，所以一般不外加防倒灌措施。但是對于降壓方案，需要對電池充電電路添加防倒灌措施。

以XL4301鋰電池充電電路為例，如圖2、圖3所示（紅色虛線框中為防電流倒灌電路）。輸入12V，輸出接單節(jié)鋰電池（3.1V-4.3V），最大充電電流0.8A；其中最大充電電流 IOUT=VCS/RCS=0.11/0.137≈0.803A，最大充電電壓 VOUT=VFB*（1+R2/R1）=1.25*（1+7.87/3.3）≈4.231V。

圖2電路中，我們選擇一個(gè)肖特基二極管防止電流倒灌，這是簡單有效的方法。為降低肖特基D2溫度，選用的肖特基電流能力是充電電流2倍以上。

鋰電池充電電路

由于肖特基壓降比較大，會增加系統(tǒng)損耗；為減小防倒灌電路產(chǎn)生的損耗，我們可以采用MOS管來防止電流倒灌，如圖3正常工作時(shí)，PMOS管導(dǎo)通，電流經(jīng)過MOS管給鋰電池充電，MOS管功耗較小；當(dāng)輸入端斷電時(shí)，PMOS關(guān)斷，起到防止電流倒灌的作用。其中DZ1的選取遵循VOUT＜VDZ1 ＜VIN。

鋰電池充電電路