| 目前，消費電子產(chǎn)品越來越多，如智能手機、平板電腦、PSP游戲機等電子產(chǎn)品，給人們的生活工作娛樂都提供了極大的方便。然而，這些電子產(chǎn)品都有一個共性的缺點就是自身鋰電池的容量有限，經(jīng)常因為沒電了，導(dǎo)致我們的電子產(chǎn)品無法使用。為了解決給電子產(chǎn)品續(xù)航問題，設(shè)計了這款集鋰電池充電和放電一體的電路。如圖1所示。系統(tǒng)分為三個部分，CN3705鋰電池充電電路，12V鋰電池，LM2596鋰電池放電電路。
1基于CN3705的鋰電池充電電路
1.1CN3705芯片簡介
CN3705為降壓模式鋰電池充電芯片，具有恒流恒壓充電方式。對于深度放電的電池，當(dāng)電池電壓低于設(shè)定的恒壓充電電壓的66.7%時，CN3705采用恒流充電電流的15%對鋰電池涓流充電。在恒壓充電階段，充電電流逐漸減小，當(dāng)充電電流降低到外部電阻設(shè)定的值時，充電結(jié)束。芯片輸入電壓在12V到28V之間，最大工作頻率為300kHz，輸出最大電流為5。
1.2基于CN3705的設(shè)計電路
圖2為CN3705構(gòu)成的鋰電池充電電路，電路結(jié)構(gòu)為buck降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。輸入電壓在14V到28V之間，電路PWM開關(guān)頻率為300kHz，最大輸出電流為1.2A，最大輸出電壓為12.6V。適合給3節(jié)串聯(lián)3.7V標(biāo)準(zhǔn)鋰電池充電。
圖2中，P溝道MOS管Q1、肖特基D2、電感L1以及電解電容C1構(gòu)成經(jīng)典的buck降壓充電電路。Q1的選擇要綜合考慮轉(zhuǎn)換效率、MOS管的功耗和最高溫度。還要考慮的因素包括導(dǎo)通電阻Rds（on），柵極總電荷Qg，輸入電壓和最大充電電流。MOS管損耗功率計算公式如下所示：
1.3電感的選著和計算
在正常工作時，瞬態(tài)電感電流是周期性變化的。在MOS管導(dǎo)通期間，輸入電壓對電感充電，電感電流增加；在MOS管關(guān)斷期間，電感向電池放電，電感電流減小。電感的紋波電流隨著電感值的減小而增大，隨著輸入電壓的增大而增大。有如下經(jīng)驗公式：
1.4工作方式
1.4.1恒壓充電
如圖2所示，電池端的電壓通過電阻R2和R4構(gòu)成的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)反饋到FB管腳，CN3705根據(jù)FB管腳的電壓決定充電狀態(tài)。當(dāng)FB管腳的電壓接近2.416V時，充電器進入恒壓充電狀態(tài)。在恒壓充電狀態(tài)，充電電流逐漸下降，電池電壓保持不變。恒壓充電狀態(tài)電池端對應(yīng)的的電壓為：
其中，Ib是FB管腳的偏置電流，其典型值為50nA。由于電阻R2和R4會從電池消耗一定的電流，在選取R2和R4的電阻值時，應(yīng)首先根據(jù)所允許的消耗的電流選取R2R4的值，然后再根據(jù)上式分別計算R2和R4的值。這里R2和R4分別取值為510KΩ和120kΩ，得充電電壓為Vbat=12.71V
1.4.2恒流充電
1.4.3涓流充電
在充電狀態(tài)，如果電池電壓低于所設(shè)置的恒壓充電電壓的66.7%，即電池電壓為8.47V，充電器進入涓流充電模式，此時充電電流為所設(shè)置的恒流充電電流的15%，即電流為0.15A。
1.4.4充電結(jié)束
在恒壓充電模式，充電電流逐漸減小當(dāng)充電電流減小到EOC管腳的電阻所設(shè)置的電流時，充電結(jié)束。充電結(jié)束電流由下式?jīng)Q定：
R5為是從EOC管腳到地之間連接的電阻，單位為歐姆。設(shè)定充電結(jié)束電流為0.1A時，計算出R5=1.3kΩ。
1.4.5自動再充電
充電結(jié)束以后，如果輸入電源和電池仍然連接在充電器上，由于電池自放電或者負(fù)載的原因，電池電壓逐漸下降，當(dāng)電池電壓降低到所設(shè)置的恒壓充電電壓的91.1%時（即電壓為11.58V），將開始新的充電周期，這樣可以保證電池的飽滿度在80%以上。
1.4.6溫度監(jiān)控
為了監(jiān)測電池的溫度，采用負(fù)熱敏電阻NTC（如圖2電路所示）緊貼電池。當(dāng)電池的溫度超出可以接受的范圍時，充電將被暫時停止，直到電池溫度回復(fù)到正常范圍內(nèi)。
鋰電池的充電工作溫度在0到45間，這里選取的負(fù)熱敏電阻，滿足在25時應(yīng)該為10kΩ，在上限溫度點時其電阻值應(yīng)該大約為3.5kΩ（約對應(yīng)50）；在下限溫度點時其電阻值應(yīng)該大約為32kΩ（約對應(yīng)0）
2LM2596輸出電路
2.1LM2596簡介
LM2596開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器是降壓型電源管理單片集成電路，能夠輸出3A的驅(qū)動電流，同時具有很好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性。該器件內(nèi)部集成頻率補償和固定頻率發(fā)生器，開關(guān)頻率為150KHz。此芯片還具有在特定的輸入電壓和輸出負(fù)載的條件下，輸出電壓的誤差可以保證在±4%的范圍內(nèi)，振蕩頻率誤差在±15%的范圍內(nèi)；可以用僅80μA的待機電流，實現(xiàn)外部斷電；具有自我保護電路（一個兩級降頻限流保護和一個在異常情況下斷電的過溫完全保護電路）。
2.2輸出電路部分
LM2576有多種型號，這里選擇固定輸出5V的LM2596芯片。此電路構(gòu)成非常簡單，如電路圖3。只需要輸入電容C10、C11，肖特基二極管D3，電感L2，輸出電容C12、C13即可。
輸入濾波電容，輸入耐壓和電流均方根是輸入電容的重要參數(shù)。當(dāng)LM2596輸入電壓為12V時，鋁電解電容的耐壓壓大于18V（1.5&TImes;Vin）。輸入電容電流的均方根為輸出負(fù)載電流的一半，為1.5A。根據(jù)圖4所示，在曲線中，680μF/35V的電解電容滿足要求。
輸出濾波電容一般選擇耐壓值為10V的電解電容既可以，為了得到輸出較小的紋波，輸出電容盡量選擇大點。這里選擇電容值為220uH的電解電容，輸出紋波即可在1%之內(nèi)。
圖4：電解電容耐壓值，電流均方根，電容值關(guān)系
肖特基二極管D3這里選擇5A/20V的IN5823既可以產(chǎn)生較好的效果。而且短路時也不會產(chǎn)生過載。
3小結(jié)
經(jīng)過測試此電路系統(tǒng)可以正常穩(wěn)定工作，CN3705鋰電池充電電路工作效率可以達到91.0%；LM2596放電電路工作效率，當(dāng)輸出1.0A電流時工作效率可達84%，輸出電路2.1A時，電路工作效率可達82.3%，當(dāng)輸出3.0A電路時電路工作效率為79%。且輸出電壓紋波均小于2%。 |
