手把手教你设计一款锂电池充电管理控制板,最大充电电流可达1A

中国金融商报网 2019-04-14

现在智能设备、智能穿戴设备、便携式设备种类繁多,给人们的生活带来了极大的便利。所有的电子设备、智能设备都需要电力的供应,而聚合物锂离子电池具有体积小、容量大、价格便宜、可循环充电等诸多优点,成为了众多电子产品的青睐。

手把手教你设计一款锂电池充电管理控制板,最大充电电流可达1A

3.7V的电池

电池电量耗尽后需要充电,本着安全、延长电池使用寿命的目的,每台可充电的电子设备都会配备一台充电器,以便给设备充电。今天就从产品研发的角度带大家来了解一下电池充电管理控制板是如何工作的,也教大家如何设计一款3.7V的锂电池充电管理控制板。

今天所推荐的方案是TP4056,一款国产芯片,具有强大的功能,而所需外设器件较少,恒压/横流模式可选,充电电流可设置,最大充电电流可达1A,而且还具有电池温度检测功能,最大工作电压8V,输出限制电压4.2V,不需要编程,降低了设计难度。对3.7V的锂电池而言,是最佳的选择方案。

为了完成本设计,提出以下设计需求。

电池温度检测功能的设计

芯片第1引脚是电池温度检测输入端,将一个热敏电阻NTC和一个固定阻值的分压电阻接入该引脚即可实现电池温度的检测功能,在芯片内部将电池电量的45%和80%作为低温和高温的报警门限,温度超限后充电被自动停止。将该引脚接入GND,则电池温度检测功能被取消。

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NTC热敏电阻

充电电流的可编程设计

该芯片最大可输出1A的充电电流,只需要通过一个外接电阻即可实现充电电流的调节功能。第2引脚在预充电阶段,其电压被调制在0.1V,而在充电阶段其电压被限定在1V,充电电流的设置公式如下图所示。

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充电电流的设置公式

在本设计中,外接电阻的阻值为1.2K,即最大可充电电流为1A。

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不同的电阻所对应的充电电流

充电指示功能的设计

电瓶车的充电器在充电时指示灯显示红色,充电完成后指示灯显示绿色。所以在本设计中也具有充电指示灯的设计。

芯片的第6引脚是充电完成指示端STDBY,在充电完成时该引脚输出低电平,而在非充电阶段将处于高阻态,所以在第6管脚以灌电流的方式接入了一个绿色LED指示灯,充电完成即亮绿色。

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发光二极管

芯片的第7引脚是充电状态指示端CHRG,在充电进行时该引脚输出低电平,否则将处于高阻态,所以在第7管脚以灌电流的方式接入了一个红色LED指示灯,正在充电时即亮红色。

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充电管理控制板设计原理图

根据以上功能需求,所设计好的电路原理图如上图所示。下面来讲解一下设计原理。

充电电流输出端第5引脚接被充锂电池的正极。第1引脚接地,即不需要对电池进行温度检测。第2引脚接入的电阻为1.2K,最大充电电流为1A,充电时显示红色,充电完成显示绿色,电阻R2,R3是LED灯的限流电阻,防止流过LED的电流过大,将其击穿。

图中的电阻R4用于热调节,可以降低芯片内部MOSFET两端的压降,这样还可以显著减少芯片的功耗。

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TP4056实物图

TP4056是SOP-8的封装,体积小,占用PCB空间小,其底部由散热焊盘,通过设置铜皮即可散热,节省散热片,降低了成本。

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