| 目前，消費電子產(chǎn)品越來(lái)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(lè )都提供了極大的方便。然而，這些電子產(chǎn)品都有一個(gè)共性的缺點(diǎn)就是自身鋰電池的容量有限，經(jīng)常因為沒(méi)電了，導致我們的電子產(chǎn)品無(wú)法使用。為了解決給電子產(chǎn)品續航問(wèn)題，設計了這款集鋰電池充電和放電一體的電路。如圖1所示。系統分為三個(gè)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(jiǎn)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，當電池電壓低于設定的恒壓充電電壓的66.7%時(shí)，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，當充電電流降低到外部電阻設定的值時(shí)，充電結束。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的設計電路
圖2為CN3705構成的鋰電池充電電路，電路結構為buck降壓拓撲結構。輸入電壓在14V到28V之間，電路PWM開(kāi)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節串聯(lián)3.7V標準鋰電池充電。
圖2中，P溝道MOS管Q1、肖特基D2、電感L1以及電解電容C1構成經(jīng)典的buck降壓充電電路。Q1的選擇要綜合考慮轉換效率、MOS管的功耗和最高溫度。還要考慮的因素包括導通電阻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(zhù)和計算
在正常工作時(shí)，瞬態(tài)電感電流是周期性變化的。在MOS管導通期間，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(zhù)電感值的減小而增大，隨著(zhù)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(guò)電阻R2和R4構成的電阻分壓網(wǎng)絡(luò )反饋到FB管腳，CN3705根據FB管腳的電壓決定充電狀態(tài)。當FB管腳的電壓接近2.416V時(shí)，充電器進(jìn)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(huì )從電池消耗一定的電流，在選取R2和R4的電阻值時(shí)，應首先根據所允許的消耗的電流選取R2R4的值，然后再根據上式分別計算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置的恒壓充電電壓的66.7%，即電池電壓為8.47V，充電器進(jìn)入涓流充電模式，此時(shí)充電電流為所設置的恒流充電電流的15%，即電流為0.15A。
1.4.4充電結束
在恒壓充電模式，充電電流逐漸減小當充電電流減小到EOC管腳的電阻所設置的電流時(shí)，充電結束。充電結束電流由下式?jīng)Q定：
R5為是從EOC管腳到地之間連接的電阻，單位為歐姆。設定充電結束電流為0.1A時(shí)，計算出R5=1.3kΩ。
1.4.5自動(dòng)再充電
充電結束以后，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載的原因，電池電壓逐漸下降，當電池電壓降低到所設置的恒壓充電電壓的91.1%時(shí)（即電壓為11.58V），將開(kāi)始新的充電周期，這樣可以保證電池的飽滿(mǎn)度在80%以上。
1.4.6溫度監控
為了監測電池的溫度，采用負熱敏電阻NTC（如圖2電路所示）緊貼電池。當電池的溫度超出可以接受的范圍時(shí)，充電將被暫時(shí)停止，直到電池溫度回復到正常范圍內。
鋰電池的充電工作溫度在0到45間，這里選取的負熱敏電阻，滿(mǎn)足在25時(shí)應該為10kΩ，在上限溫度點(diǎn)時(shí)其電阻值應該大約為3.5kΩ（約對應50）；在下限溫度點(diǎn)時(shí)其電阻值應該大約為32kΩ（約對應0）
2LM2596輸出電路
2.1LM2596簡(jiǎn)介
LM2596開(kāi)關(guān)電壓調節器是降壓型電源管理單片集成電路，能夠輸出3A的驅動(dòng)電流，同時(shí)具有很好的線(xiàn)性和負載調節特性。該器件內部集成頻率補償和固定頻率發(fā)生器，開(kāi)關(guān)頻率為150KHz。此芯片還具有在特定的輸入電壓和輸出負載的條件下，輸出電壓的誤差可以保證在±4%的范圍內，振蕩頻率誤差在±15%的范圍內；可以用僅80μA的待機電流，實(shí)現外部斷電；具有自我保護電路（一個(gè)兩級降頻限流保護和一個(gè)在異常情況下斷電的過(guò)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。此電路構成非常簡(jiǎn)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。當LM2596輸入電壓為12V時(shí)，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載電流的一半，為1.5A。根據圖4所示，在曲線(xiàn)中，680μF/35V的電解電容滿(mǎn)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(diǎn)。這里選擇電容值為220uH的電解電容，輸出紋波即可在1%之內。
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(shí)也不會(huì )產(chǎn)生過(guò)載。
3小結
經(jīng)過(guò)測試此電路系統可以正常穩定工作，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，當輸出1.0A電流時(shí)工作效率可達84%，輸出電路2.1A時(shí)，電路工作效率可達82.3%，當輸出3.0A電路時(shí)電路工作效率為79%。且輸出電壓紋波均小于2%。 |
