兩段式鋰電充電電路,Li-Ion battery charger

關鍵字：兩段式鋰電充電電路

因為元件比較多，所以上面畫了很多框框，用來幫助分析這個電路。

電路的基本功能很簡單：

1，大電流恒流充電
2，小電流恒流充電
3，恒壓充電
4，電池電壓不足和反接保護
5，斷電狀態，防止電池放電

以下是電路的簡單分析：

右邊的TL431和周邊的器件總共提供了如下幾個功能：

1，4.2V基準電壓，由TL431直接提供
2，3V基準電壓，由R7和R8分壓獲得
3，約2mA的恒流源，由Q11和R9，借助3V基準電壓獲得
4，充電電流基準電壓，由恒流源借助Q12和R3獲得。電壓值為大約(0.25V + Vbe),其中Vbe是Q12的be電壓，這個電壓起到補償作用。

當充電器中有電池的時候，首先由Q13把電池電壓和3V基準比較，由于Q13自身有0.7V左右壓降，所以檢測到的電池電壓為2.3V左右。

當電池電壓低于2.3V，Q13導通，引發回路總開關Q10導通，切斷了整個充電回路，這一方面可以確保輸出被短路等異常狀態下電路不工作，另外可以保證反接狀態的電池或者低于2.3V的電池不被充電。

如果電池電壓高于2.3V，Q13截止，由Q5和Q6構成的電壓比較器，把電池電壓和4.2V基準做比較，

如果電池電壓低于4.2V，則Q6導通，Q6的c極輸出高電壓，引起Q7截止，引發回路總開關Q10截止，打開了整個充電回路。

同時，Q8也導通，Q8導通則通過Q9開啟了主充電回路。

主充電回路很簡單，通過Q2，把采樣電阻R1上的電壓和 充電電流基準電壓 比較，如果電壓低于0.25V，則引發Q3導通從而開啟Q1，電源經過R1和Q1，以2.5A向電池充電。

次充電回路在回路總開關Q10導通的時候，總是開啟的，通過Q4同時完成充電以及和 充電電流基準電壓 比較的作用，提供精度差一些的恒流充電。

電路總的充電電流是兩個回路的總和，不過次回路電流只有不到10mA，而主回路則高達2.5A

當電池電壓接近4.2V的時候，Q6會輸出低電壓，這個電壓降低，首先會導致Q8截止，Q8截止的后果是主回路被切斷（由于Q6工作在放大狀態，這個切斷是漸進的）。這時候電路處在恒壓充電狀態。

隨著Q8的逐漸截止，主回路的充電電流逐漸減少，最終完全關閉。

這時候電路通過次回路以不到10mA的電流繼續涓流充電，當Q6輸出的電壓進一步降低，Q7導通切斷總回路開關，完全停止充電。

設計這個電路的初衷很簡單，滿足鋰電低壓/反接保護，恒流恒壓分段充電的需求。

之所以在恒流上面設計兩段，主要目的是為了能有效得知充電結束時間。

現有的充電電路，由于調整管工作在放大狀態，缺乏一個有效的手段得知其是否完全關閉了，而使用安培級別的大電流進行充電的時候，對充電電流小于終止電流的檢測很復雜，所以目前的充電器，要么使用小電流（500mA以下）充電，要么壓根不檢測終止電流，恒壓到底，比較負責的電路則采用進入恒壓狀態后，累積充電時間來決定何時終止充電（似乎筆記本電腦，手機等的電路都是這樣的，不過我沒研究過，不確定）。

這些方式要么不利于快速充電節省時間，要么會導致電池長期處于小電流充電狀態，而用戶難以覺察。終止充電的實際時間，往往是依靠單純的計算充電時間來確定的，這種方式很容易導致充電不足和過充。

兩段式恒流的設計則完全避免了這個問題。

首先主回路使用0.1歐姆的小電阻進行電流反饋，極大減少了因電阻導致的能耗和發熱，有效利用了電能。

其次通過Q7和Q8的交錯式切換，充電狀態的切換很容易得知。只需要把小電流恒流的電流值，設定為終止充電電流，則這個切換發生的時機，就是完成充電的實際時間。如果有必要可以在電路上在這個時機做一個切斷。

另外說明一下，電路看起來很復雜，布線有點亂，主要是因為本人缺乏經驗*^_^*，另外有些怪異的接法是為了滿足防止斷電狀態電池放電而設計。

這里是這個電路的schdoc，有興趣的朋友可以下載進行仿真，我使用大電容代替電池，得到的效果還是不錯的。

電路.rar