锂离子电池充电器

锂离子电池充电器外接限流型充电电源和P沟道场效应管,可以对单节锂离子电池进行安全有效的快充,其最大特点是在不使用电感的情况下仍能做到很低的功率耗散,采用8脚μMAX封装。充电控制精度达0.75%,可以实现预充电,具有过压保护和温度保护功能,最长充电时间限制为锂离子电池提供二次保护,锂离子电池充电器的浮充方式能够使电池容量充至最大。

当充电电源和电池在正常的工作温度范围内时,插入电池将启动一次充电过程;充电结束的条件是平均的脉冲充电电流达到快充电流的1%,或时间超出片上预置的充电时间。锂离子电池充电器能够自动检测充电电源,没有电源时自动关断以减少电池的漏电。启动快充后打开外接的P型场效应管,当检测到电池电压达到设定的门限时进入脉冲充电方式,P沟道场效应管打开的时间会越来越短,充电结束时,LED指示灯将会按12%的周期闪烁。

图2是一个简单的单节锂离子电池充电器,包括:LED显示、热敏电阻、电流反向保护。

ADJ引脚通过10kΩ的电阻与内部 1.4V的精密基准源相连接,当ADJ对地没有连接电阻RADJ时,电池充电电压阈值为缺省值:VBR=4.2V;

当需要自行设置充电阈值时,可在ADJ引脚与GND间接一精度为1%的电阻RADJ,阻值由下式确定:

图2电路中,充电阈值为4.1V,由(1)式得RADJ=410kΩ,电阻精度为1%时,产生的系统误差为:

TSEL管脚接BATT或ADJ或GND将得到不同的快充时间和完整的充电时间。TSEL管脚接BATT时快充时间为55分钟,全部充电时间为2.8小时TSEL接ADJ时快充时间为75分钟,整个充电时间为3.75小时,TSEL接GND时快充时间没有限制,整个充电时间为6.25小时。充电电流的限制可以采用限流电阻的方法解决。

锂离子电池的不足之处在于对充电器要求比较苛刻,需要保护电路。锂离子电池要求的充电方式是恒流恒压方式,为有效利用电池容量,需将锂离子电池充电至最大电压,但是过压充电会造成电池损坏,这就要求较高的控制精度。另外,对于电压过低的电池需要进行预充,充电器最好带有热保护和时间保护,为电池提供附加保护。

因此，安全有效的锂离子电池充电器对于锂离子电池来说就是必须而且是必要的。

锂离子电池充电器的工作状态流程图如图1所示。

(1)初始化充电周期

锂离子电池充电器检测到电池和充电电源后将初始化充电周期,充电结束后,如检测到电池电压低于3.89V或THERM引脚电压高于1.4V将重新充电。允许快充的条件是电池电压大于2.5V且小于充电阈值电压(默认值是4.2V),而且温度范围为2.5°C~47.5°C,如果温度范围不符,锂离子电池充电器将处于等待状态。电池电压低于2.5V时,锂离子电池充电器用5mA的电流预充,防止深度放电的锂离子电池在快充时被损坏甚至发生危险。

(2)快充过程

快充开始后,锂离子电池充电器打开外接的P沟道场效应管,充电电流由外部限流型充电电源决定。由于P沟道场效应管工作在开关状态,并非线性稳压器,所以功耗极小,快充结束的条件是电池电压达到阈值(由ADJ引脚调节)或充电时间达到预定的快充时间或温度超出安全范围,温度超出工作范围时快充只是暂停,当温度恢复后快充将持续进行。

(3)脉冲充电过程

多数情况下充电电池达到阈值后便结束快充过程而进入脉冲充电过程,锂离子电池充电器每隔2ms检测一次电池电压,电池电压小于阈值时,外部P沟道场效应管导通,电池电压大于等于阈值时,P沟道场效应管断开,脉冲充电过程接近结束时,P沟道场效应管的断开时间大大超过接通时间,达到TSEL管脚设置的周期比(1/64,1/128,1/256)后脉冲充电过程结束。

(4)充电状态指示CHG

管脚CHG与管脚IN之间连接LED作为充电状态指示灯,当没有插入电池或电源没有连接或电池电压小于2.2V时,CHG管脚是高阻态,LED不亮;当快充或脉冲充电时,LED亮,在初始化期间或时间超出预定时间,LED按50%的周期闪烁;当充电状态结束时,LED按12%的周期闪烁。

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