一種單節(jié)鋰離子電池充電器的設(shè)計(jì)

鋰離子電池具有較高的能量重量比和能量體積比、無(wú)記憶效應(yīng)、可重復(fù)充電多次、使用壽命較長(zhǎng)、價(jià)格也越來(lái)越低。鋰離子電池的這些特點(diǎn)促進(jìn)了便攜式產(chǎn)品向更小更輕的方向發(fā)展，使得選用單節(jié)鋰離子電池供電的產(chǎn)品也越來(lái)越多。

鋰離子電池的不足之處在于對(duì)充電器要求比較苛刻，需要保護(hù)電路。鋰離子電池要求的充電方式是恒流恒壓方式，為有效利用電池容量，需將鋰離子電池充電至最大電壓，但是過(guò)壓充電會(huì)造成電池?fù)p壞，這就要求較高的控制精度。另外，對(duì)于電壓過(guò)低的電池需要進(jìn)行預(yù)充，充電器最好帶有熱保護(hù)和時(shí)間保護(hù)，為電池提供附加保護(hù)。由此可見(jiàn)實(shí)現(xiàn)安全高效的充電控制成為鋰離子電池推廣應(yīng)用的瓶頸。針對(duì)這些應(yīng)用特點(diǎn)，MAXIM開(kāi)發(fā)出一款安全有效的鋰離子電池充電器——MAX1679，這款充電器具有很高的充電控制特性和較低的成本，性能價(jià)格比較高，是一款理想的單節(jié)鋰離子電池充電器。

1 MAX1679的工作原理和特點(diǎn)

MAX1679外接限流型充電電源和P溝道場(chǎng)效應(yīng)管，可以對(duì)單節(jié)鋰離子電池進(jìn)行安全有效的快充，其最大特點(diǎn)是在不使用電感的情況下仍能做到很低的功率耗散，采用8腳μMAX封裝。充電控制精度達(dá)0.75%，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)充電，具有過(guò)壓保護(hù)和溫度保護(hù)功能，最長(zhǎng)充電時(shí)間限制為鋰離子電池提供二次保護(hù)，MAX1679的浮充方式能夠使電池容量充至最大。

當(dāng)充電電源和電池在正常的工作溫度范圍內(nèi)時(shí)，插入電池將啟動(dòng)一次充電過(guò)程；充電結(jié)束的條件是平均的脈沖充電電流達(dá)到快充電流的1%，或時(shí)間超出片上預(yù)置的充電時(shí)間。MAX1679能夠自動(dòng)檢測(cè)充電電源，沒(méi)有電源時(shí)自動(dòng)關(guān)斷以減少電池的漏電。啟動(dòng)快充后打開(kāi)外接的P型場(chǎng)效應(yīng)管，當(dāng)檢測(cè)到電池電壓達(dá)到設(shè)定的門限時(shí)進(jìn)入脈沖充電方式，P溝道場(chǎng)效應(yīng)管打開(kāi)的時(shí)間會(huì)越來(lái)越短，充電結(jié)束時(shí)，LED指示燈將會(huì)按12%的周期閃爍。

2 MAX1679的工作流程

MAX1679的工作狀態(tài)流程圖如圖1所示。


2.1 初始化充電周期

MAX1679檢測(cè)到電池和充電電源后將初始化充電周期，充電結(jié)束后，如檢測(cè)到電池電壓低于3.89V或THERM引腳電壓高于1.4V將重新充電。允許快充的條件是電池電壓大于2.5 V且小于充電閾值電壓(默認(rèn)值是4.2V)，而且溫度范圍為2.5℃～47.5℃，如果溫度范圍不符，MAX1679將處于等待狀態(tài)。電池電壓低于2.5V時(shí)，MAX1679用5mA的電流預(yù)充，防止深度放電的鋰離子電池在快充時(shí)被損壞甚至發(fā)生危險(xiǎn)。
2.2 快充過(guò)程

快充開(kāi)始后，MAX1679打開(kāi)外接的P溝道場(chǎng)效應(yīng)管，充電電流由外部限流型充電電源決定。由于P溝道場(chǎng)效應(yīng)管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，并非線性穩(wěn)壓器，所以功耗極小，快充結(jié)束的條件是電池電壓達(dá)到閾值(由ADJ引腳調(diào)節(jié))或充電時(shí)間達(dá)到預(yù)定的快充時(shí)間或溫度超出安全范圍，溫度超出工作范圍時(shí)快充只是暫停，當(dāng)溫度恢復(fù)后快充將持續(xù)進(jìn)行。

2.3 脈沖充電過(guò)程

多數(shù)情況下充電電池達(dá)到閾值后便結(jié)束快充過(guò)程而進(jìn)入脈沖充電過(guò)程，MAX1679每隔2ms檢測(cè)一次電池電壓，電池電壓小于閾值時(shí)，外部P溝道場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，電池電壓大于等于閾值時(shí)，P溝道場(chǎng)效應(yīng)管斷開(kāi)，脈沖充電過(guò)程接近結(jié)束時(shí)，P溝道場(chǎng)效應(yīng)管的斷開(kāi)時(shí)間大大超過(guò)接通時(shí)間，達(dá)到TSEL管腳設(shè)置的周期比(1/64，1/128，1/256)后脈沖充電過(guò)程結(jié)束。

2.4 充電狀態(tài)指示CHG

管腳CHG與管腳IN之間連接LED作為充電狀態(tài)指示燈，當(dāng)沒(méi)有插入電池或電源沒(méi)有連接或電池電壓小于2.2V時(shí)，CHG管腳是高阻態(tài)，LED不亮；當(dāng)快充或脈沖充電時(shí)，LED亮，在初始化期間或時(shí)間超出預(yù)定時(shí)間，LED按50%的周期閃爍；當(dāng)充電狀態(tài)結(jié)束時(shí)，LED按12%的周期閃爍。

3 典型應(yīng)用及注意事項(xiàng)

圖2是一個(gè)簡(jiǎn)單的單節(jié)鋰離子電池充電器，包括：LED顯示、熱敏電阻、電流反向保護(hù)。ADJ引腳通過(guò)10kΩ的電阻與內(nèi)部 1.4V的精密基準(zhǔn)源相連接，當(dāng)ADJ對(duì)地沒(méi)有連接電阻R_ADJ時(shí)，電池充電電壓閾值為缺省值：V_BR＝4.2V；當(dāng)需要自行設(shè)置充電閾值時(shí)，可在ADJ引腳與GND間接一精度為1%的電阻RADJ，阻值由下式確定：

圖2電路中，充電閾值為4.1V，由(1)式得R_ADJ＝410kΩ，電阻精度為1%時(shí)，產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差為：



TSEL管腳接BATT或ADJ或GND將得到不同的快充時(shí)間和完整的充電時(shí)間。TSEL管腳接BATT時(shí)快充時(shí)間為55分鐘，全部充電時(shí)間為2.8小時(shí)，TSEL接ADJ時(shí)快充時(shí)間為75分鐘，整個(gè)充電時(shí)間為3.75小時(shí)，TSEL接GND時(shí)快充時(shí)間沒(méi)有限制，整個(gè)充電時(shí)間為6.25小時(shí)。充電電流的限制可以采用限流電阻的方法解決。