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电源电路开关及锂电池充电IC电路设计

目前,市场上的充电IC是根据可充电电池的充电特性设计的。根据充电介质的不同,可充电电池可分为镍氢电池、锂离子电池等。由于锂电池没有记忆效应,因此用于各种手持设备和便携式电子产品中。由于锂电池的充电特性。充电过程一般分为三个过程:

  • 1.在涓流充电阶段(在电池过放电和低电压状态下),锂电池的电压在瞬态放电后会降至3.0V以下。锂电池的内部介质会发生一些物理变化,导致充电特性不良,容量降低。在这个阶段,锂电池只能通过一股涓涓细流慢慢充电,锂电池内部的电介质慢慢恢复到正常状态。
  • 2.在恒流充电阶段(电池从过放电状态恢复到正常状态),在涓流充电阶段后,电池的内部电介质可以承受较大的充电电流,因此外部可以在此时通过更大的电流对锂电池进行充电,从而缩短充电时间。该阶段的充电电流通常由连接到充电IC外部引脚的电阻器决定。电阻值根据充电IC数据表上的公式计算。
  • 3.在恒压充电阶段(超过85%的电池已充满电,并且缓慢补充)当锂电池的容量达到85%(左右)时,必须再次进入慢充电阶段。使电压缓慢上升。最后,锂电池的最大电压为4.2V。


一般来说,bat都有锂电池输出。 同时,该引脚也是锂电池电压检测引脚。 锂电池充电IC通过检测该引脚来检测电池的状态。 在便携式产品的实际电路设计中,由于电池充电过程的要求,产品也应该能够正常应用。 因此,正确的做法是在设计中采用如下电路模式:

 

电源示意图
图1:电源示意图

 

外部电压5V通过D2发送到开关SW2,通过充电IC发送到锂电池。SW2左点的电压为5v-0.7v=4.3v。锂电池的电压比SW2左点低4.3v,无论何时充满电。所以D1是截断的。充电IC为锂电池正常充电。

 

如果未添加二极管D2和D1,并且LDO直接连接到蝙蝠引脚输出,则充电IC在上电时将误判。会有一个外部电源连接到5V,但锂电池不会充电,充电IC的LED指示灯不正确。LDO不会获得正常的输入电压(输入电压非常小)。在这种情况下,只要将充电IC的电压输入引脚直接连接到bat引脚上,所有状态都正常,就可以进行充电,后期负载的LDO也正常。

 

如果不加二极管D2和D1,LDO直接接bat管脚输出,充电IC上电会误判。 会有外接电源接5V,但锂电池不会充电,充电IC的LED指示灯不正确。 LDO 不会得到正常的输入电压(输入电压很小)。 这种情况下,只要将充电IC的电压输入脚直接接到bat脚上,所有状态都正常,可以进行充电,后期负载的LDO也正常。


这是因为充电IC需要在上电时检测bat状态。 将LDO的输入脚接到连接bat和锂电池正极的支路会影响bat脚的工作状态,造成充电IC的涓流充电阶段。 bat管脚电压输入与充电IC短路,使bat管脚电压强制上升。 充电IC判断锂电池进入恒流充电阶段,输出大电流。 它可以驱动LDO等。


另外:为了提高电源的利用效率,D1和D2应选择低压降的二极管。如锗二极管、肖特基二极管、MOSFET开关管等。在电池开关设计中,具有10MV正向压降且无反向漏电流的二极管是设计人员的奢侈需求。但到目前为止,肖特基二极管仍然是最好的选择。其正向压降介于 300mV和500mv之间。但对于一些电池开关电路来说,即使是肖特基二极管也无法满足设计要求。对于高效的电压转换器,节省的能量可能完全被二极管的正向压降所浪费。为了在低压系统中有效地节省电池能量,应选择功率MOSFET开关代替二极管。采用sot封装,导通电阻仅为数十毫欧,在便携式产品的当前水平下,导通压降可以忽略不计。

 

要判断系统是否必须使用MOSFET来切换电源,最好比较二极管压降,MOSFET压降和电池电压,并将压降与电池电压的比值视为效率损失。例如,如果使用正向压降为350MV的肖特基二极管来切换Li +电池(标称值为3.6V),则损耗为9.7%,如果用于切换两节AA电池(标称值为2.7V),则损耗为13%。在低成本设计中,这些损耗可能是可以接受的。然而,当使用高效率DC-DC时,需要权衡DC-DC的成本以及将二极管升级到MOSFET带来的效率提升成本。

 

无论是否选择肖特基二极管或MOSFET,还应考虑产品中使用的电池的放电特性。锂电池的放电特性如下:

 

锂电池的放电特性图

 

从上图可以看出,锂电池在室温下消耗90%的功率时,电压将保持在3.5V左右。选择更好的LDO设备。然后,输出电压将保持稳定在3.3V/3.5V

从LDO的实际测试来看,当负载电阻为50欧姆,负载电流为60Ma时,输入电压与输出电压的关系如下表所示。
 

输入电压 输出电压
2.8V 2.65V
3.4V 3.0V
4.0V 3.0V


可以看出,即使锂电池消耗了90%的功率,LDO的输出端仍然可以稳定地输出3.3V。从图1中的电源电路分析来看,加入硅二极管D1后,LDO的输入电压为3.5—0.7V=2.8V。因此,只要模块能烧坏能在2.4V左右工作的程序,硅二极管也可以用在这个电路里。

但是,考虑到电路性能,锗二极管或肖特基二极管是最佳选择

应采用何种电路设计,应根据其他电路的工作电压范围、特性和成本来考虑

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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创建时间:2022-07-01 10:30