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两段式锂电池充电电路

更新时间:2017-6-23 17:52:24    阅读:614    分享此文章:
本电路为两段式锂电池充电电路,能满足锂电低压/反接保护,恒流恒压分段充电的需求。

因为元件比较多,所以电路图上面画了很多框框,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。

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