鋰電池充電保護方案

方案一：BP2971電源管理芯片特點·輸入電壓區(qū)間（Pack+）：Vss-0.3V～12V·FET驅(qū)動 CHG和DSGFET驅(qū)動輸出·監(jiān)測項 過充監(jiān)測 過放監(jiān)測 充電過流監(jiān)測 放電過流監(jiān)測 短路監(jiān)測·零充電電壓，當無電池插入·工作溫度區(qū)間：Ta=-40～85℃·封裝形式:6引腳DSE（1.50mm1.50mm0.75mm）應(yīng)用·筆記本電腦·手機·便攜式設(shè)備絕對最大額定值·輸入電源電壓：-4.5V～7V·最大工作放電電流：7A·最大充電電流：4.5A·過充保護電壓（OVP）：4.275V·過充壓延遲：1.2s·過充保護電壓（釋放值）：4.175V·過放保護電壓（UVP）：2.8V·過放壓延遲：150ms·過放保護電壓（釋放值）：2.9V·充電過流電壓（OCC）：-70mV·充電過流延遲：9ms·放電過流電壓（OCD）：100mV·放電過流延遲：18ms·負載短路電壓：500mV·負載短路監(jiān)測延遲：250us·負載短路電壓（釋放值）：1V典型應(yīng)用及原理圖圖1：BP2971應(yīng)用原理圖引腳功能NC（引腳1）：無用引腳。COUT（引腳2）：充電FET驅(qū)動。此引腳從高電平變?yōu)榈碗娖?，當過充電壓被V-引腳所監(jiān)測到DOUT（引腳3）：放電FET驅(qū)動。此引腳從高電平變?yōu)榈碗娖?，當過放電壓被V-引腳所監(jiān)測到VSS(引腳4)：負電池鏈接端。此引腳用于電池負極的接地參考電壓BAT（引腳5）：正電池連接端。將電池的正端連接到此管腳。并用0.1uF的輸入電容接地。V-（引腳6）：電壓監(jiān)測點。此引腳用于監(jiān)測故障電壓，例如過沖，過放，過流以及短路電壓。芯片功能原理圖芯片功能性模式監(jiān)測參數(shù)參數(shù)可變（選）區(qū)間VOVP過充監(jiān)測電壓3.85V～4.60V50mVstepsVUVP過放監(jiān)測電壓2.00V～2.80V50mVstepsVOCD放電過流監(jiān)測電壓90mV～200mV5mVstepsVOCC充電過流監(jiān)測電壓-45mV～-155mV5mVstepsVSCC短路監(jiān)測電壓300mV，400mV，500mV，600mVTOVPD過充監(jiān)測延遲0.25s，1.00s，1.25s，4.50sTUVPD過放監(jiān)測延遲20ms，96ms，125ms，144msTOCDD放電過流監(jiān)測延遲8ms，16ms，20ms，48msTOCCD充電過流監(jiān)測延遲4ms，6ms，8ms，16msTSCCD短路監(jiān)測延遲250us（定值）正常工作：該芯片同時檢引腳5（BAT）引腳4（VSS）之間電壓差和引腳6（V-）引腳4（VSS）之間的電壓差去控制電池的充放電。這個系統(tǒng)處在正常工作模式，當電池電壓小于過充電壓并且大于過放電壓且引腳6（V-）的電壓在充電過流和放電過流電壓之間。假如滿足以上條件，引腳2（COUT）和引腳3（DOUT）會輸出高電平使電池正常工作。過充模式：在充電時當電池電壓大于過充監(jiān)測電壓（VOVP），進入該模式。假如該情況連續(xù)超過過充監(jiān)測延遲（TOVDO）,引腳2（COUT）將轉(zhuǎn)為低電平去斷開充電回路。當以下情況下，過充模式將被退出： ·假如引腳V-電壓大于過充監(jiān)測電壓（VOCC_Min）且電池電壓降到過充釋放電以下，將退出過充模式?！ぜ偃缫_V-電壓大于或等于過放監(jiān)測電壓（VOCD）且電池電壓降到過充監(jiān)測電壓以下，將退出過充模式。過放模式：假如電池電壓低于過放監(jiān)測電壓的時間超過過放監(jiān)測延遲，引腳3（DOUT）將轉(zhuǎn)為低電平斷開放電回路。在此情況下，V-引腳被電阻（RV-D）內(nèi)拉起置BAT引腳。引腳V-和BAT的電壓差將會是1.3V或者更低。電流消耗也會降到低耗能電流（ISTANDBY）。低耗能模式將會解除當充電器連入并且引腳V-和BAT的電壓差大于1.3V。在過放模式下，假如充電器連入電池且引腳V-的電壓小于-0.7V，一旦電池電壓超過過放監(jiān)測電壓（VUVP），過放模式將被退出且啟動引腳DOUT閉合放電回路。在過放模式下，假如充電器連入電池且引腳V-的電壓大于-0.7V，一旦電池電壓超過過放監(jiān)測釋放電壓（VUVP+Hys），過放模式將被退出且啟動引腳DOUT閉合放電回路。放電過流（放電過流或負載短路）：當電池處在正常工作狀態(tài)時，假如引腳V-等于或大于放電過流監(jiān)測電流的時間超過放電過流監(jiān)測延遲，引腳DOUT電平將被拉低使放電回路斷開。當Pack+和Pack-之間的電阻增至激活電阻，系統(tǒng)回到正常工作狀態(tài)。當V-引腳的電壓降至BAT—1V或者更低，Pack+和Pack-之間電阻處在激活電阻或者連接充電器去退出放電過流模式。充電過流：當電池處在正常工作狀態(tài)時，假如引腳V-小于充電過流監(jiān)測電流的時間超過充電過流監(jiān)測延遲，引腳COUT電平將被拉低使充電回路斷開。當拔掉充電器，在V-引腳恢復到充電過流監(jiān)測電壓或者更高的電壓時，系統(tǒng)將回到正常工作狀態(tài)充電過流監(jiān)測功能缺失，當系統(tǒng)處在過放模式。使用注意事項1、當初次連接電池時，放電回路沒有激活。需要短路V-引腳和VSS引腳或者連接充電端的PACK+和PACK-。2、假如電池過充大于過充監(jiān)測電壓且連接負載，放電過流監(jiān)測和短路監(jiān)測功能將缺失直到電池電壓降到過充監(jiān)測電壓以下。由于電池內(nèi)阻處在歐姆的十階，所以輸出端的負載會使電壓迅速減少從而使過流監(jiān)測和短路監(jiān)測功能在過充釋放延遲之后恢復。3、當在過充后連接充電器，過充模式不會被退出即使電池電壓已經(jīng)降到過充釋放電壓以下。過充模式可被退出當拔掉充電器。4、一些電池供應(yīng)商不推薦給零電壓的電池充電，具體聯(lián)系供應(yīng)商之后再決定是否需要零電壓充電功能。5、零電壓充電功能優(yōu)先于充電過流監(jiān)測工能。在電池電壓小于過房監(jiān)測電壓時，零電壓充電功能將強行充電并使充電過流監(jiān)測工能嚴禁電路設(shè)計準則保證FETs外電路有足夠的散熱，散熱率基于參數(shù)的極值。在連接兩個FET開關(guān)時，應(yīng)盡也許的靠近。連接在引腳BAT上的RC過濾器應(yīng)盡也許的靠近IC端口。參考電路：方案二：MCP73831/2特點·線性充電管理 整合的通路晶體管 整合的電流感應(yīng) 反向放電保護·高精確率電壓管理·電壓管理選擇：4.20V，4.35V，4.40V,4.5V·可編程的充電電流：15mA，500mA·可選的預調(diào)節(jié)： 10%，20%，40%或disable·可選的充電結(jié)束調(diào)節(jié)： 5%，7.5%,10%，20%·充電輸出 MCP73831 MCP73832·端口調(diào)節(jié)·溫度區(qū)間：-40°C～+85°C·封裝形式： 8引腳（2mm3mmDFN） 5引腳（SOT-23）應(yīng)用·鋰離子、鋰聚合物電池充電器·手機·便攜式設(shè)備·數(shù)字相機·MP3播放器·藍牙設(shè)備·USB充電器絕對最大額定值·VDD：7V·VSS：-0.3～(VDD+0.3)V·最大接合點溫度Tj：內(nèi)部限制·儲存溫度：-65°C～+150°C·人體模型（1.5k與100nF相串聯(lián)）大于4kV·機器模型（200pF，無串聯(lián)電阻）400V典型應(yīng)用及原理圖圖1：MCP738312應(yīng)用原理圖引腳功能VDD（引腳1-2）：供應(yīng)電壓推薦為[VREG(typical)+0.3V～6V]，用最小4.7uF電容連至VSS。VBAT（引腳3-4）：連接到電池正極。內(nèi)連于P通道MOSFET晶體管的漏極（Drain）。用最小4.7uF電容連至VSS。STAT（引腳5）：此引腳輸出連接于LED指示燈，起模式轉(zhuǎn)換指示功能。其電阻上端也可連入微型控制器。VSS(引腳6)：連入電池負極NC（引腳7）：無用引腳PROG（引腳8）：起預調(diào)節(jié)作用，用電阻與VSS相連來測量充放電電流。EP（引腳9）：一個內(nèi)電子連接存在于EP和VSS之間。兩點必須在PCB板上的等壓處相連。芯片功能原理圖模式流程圖參考電路方案三：CN3052A/CN3052B簡介：CN3052A/CN3052B是可以對單節(jié)鋰離子或者鋰-聚合物電池進行恒流/恒壓充電的充電器電路。該器件內(nèi)部涉及功率晶體管，應(yīng)用時不需要外部的電流檢測電阻和阻流二極管，因此只需要很少的外圍元器件，非常合用于便攜式應(yīng)用的領(lǐng)域。特點：可以用USB口或交流適配器對單節(jié)鋰電池充電片內(nèi)功率晶體管不需要外部阻流二極管和電流檢測電阻輸出電壓4.2V，精度可達1%在電池電壓較低時采用小電流的預充電模式用戶可編程的連續(xù)充電電流可達500mA采用恒流/恒壓充電模式電源電壓掉電時自動進入低功耗的睡眠模式狀態(tài)指示輸出可驅(qū)動LED或與單片機接口電池溫度監(jiān)測功能芯片使能輸入端封裝形式SOP8和MSOP8產(chǎn)品無鉛化應(yīng)用：移動電話電子詞典數(shù)碼相機MP3播放器藍牙應(yīng)用各種充電器應(yīng)用電路：（充電狀態(tài)用紅色LED指示，充電結(jié)束狀態(tài)用綠色LED指示）同時應(yīng)用USB接口和墻上適配器為鋰電池充電，當墻上適配器有電時，則使用墻上適配器充電；當墻上適配器沒電時，則使用USB接口為鋰電池充電。本應(yīng)用電路只給出輸入電源的連接，其它管腳的連接參照前面的應(yīng)用電路。功能框圖：管腳功能描述TEMP（引腳1）：電池溫度檢測輸入端。將TEMP管腳接到電池的NTC傳感器的輸出端。假如TEMP管腳的電壓小于輸入電壓的45%或者大于輸入電壓的80%超過0.15秒，意味著電池溫度過低或過高，則充電將被暫停，F(xiàn)AULT管腳被拉到低電平，表達進入電池故障狀態(tài)。假如TEMP在輸入電壓的45%和80%之間超過0.15秒，則電池故障狀態(tài)將被清除，F(xiàn)AULT管腳為高阻態(tài)，充電將繼續(xù)。假如將TEMP管腳接到地，電池溫度監(jiān)測功能將被嚴禁。ISET（引腳2）：恒流充電電流設(shè)立和充電電流監(jiān)測端。從ISET管腳連接一個外部電阻到地端可以對充電電流進行編程。在預充電階段，此管腳的電壓被調(diào)制在0.2V；在恒流充電階段，此管腳的電壓被調(diào)制在2V。在充電狀態(tài)的所有模式，此管腳的電壓都可以根據(jù)下面的公式來監(jiān)測充電電流：ICH=(VISET×900)／RISETGND（引腳3）：電源地VIN(引腳4)：輸入電壓正輸入端。此管腳的電壓為內(nèi)部電路的工作電源。當VIN與BAT管腳的電壓差小于40mv時，CN3052A將進入低功耗的睡眠模式，此時BAT管腳的電流小于3uA。BAT（引腳5）：電池連接端。將電池的正端連接到此管腳。在芯片被嚴禁工作或者睡眠模式，BAT管腳的電流小于3uA。BAT管腳向電池提供充電電流和4.2V的調(diào)制電壓。FAULT（引腳6）：漏極開路輸出的電池故障狀態(tài)指示端。當TEMP管腳的電壓低于輸入電壓VIN的45%或者高于輸入電壓VIN的80%超過0.15秒時，表達電池溫度過低或過高，F(xiàn)AULT被內(nèi)部開關(guān)下拉到低電平，指示處在電池故障狀態(tài)。除此以外，F(xiàn)AULT管腳將處在高阻態(tài)。CHRG（引腳7）：漏極開路輸出的充電狀態(tài)指示端。當充電器向電池充電時，CHRG管腳被內(nèi)部開關(guān)拉到低電平，表達充電正在進行；否則CHRG管腳處在高阻態(tài)。CE（引腳8）：芯片使能輸入端。高輸入電平將使CN3052A處在正常工作狀態(tài)；低輸入電平使CN3052A處在被嚴禁狀態(tài)。CE管腳可以被TTL電平或者CMOS電平驅(qū)動。。方案四：TP40561A線性鋰離子電池充電器應(yīng)用·移動電話、PDA·MP3、MP4播放器·數(shù)碼相機·電子詞典·GPS·便攜式設(shè)備、各種充電器絕對最大額定值·輸入電源電壓（VCC）：-0.3V～8V·PROG：-0.3V～VCC+0.3V·BAT：-0.3V～7V·CHRG：-0.3V～10V·STDBY：-0.3V～10V·TEMP：-0.3V～10V·CE：-0.3V～10V·BAT短路連續(xù)時間：連續(xù)·BAT引腳電流：1200mA·PROG引腳電流：1200uA·最大結(jié)溫：145℃·工作環(huán)境溫度范圍：-40℃～85℃·貯存溫度范圍：-65℃～125℃·引腳溫度（焊接時間10秒）：260℃典型應(yīng)用及原理圖圖1：TP4056應(yīng)用原理圖，適合需要電池溫度檢測功能，電池溫度異常指示和充電狀態(tài)指示的應(yīng)用引腳功能TEMP（引腳1）：電池溫度檢測輸入端。將TEMP管腳接到電池的NTC傳感器的輸出端。假如TEMP管腳的電壓小于輸入電壓的45％或者大于輸入電壓的80％，意味著電池溫度過低或過高，則充電被暫停。假如TEMP直接接GND，電池溫度檢測功能取消，其他充電功能正常。PROG（引腳2）：恒流充電電流設(shè)立和充電電流監(jiān)測端。從PROG管腳連接一個外部電阻到地端可以對充電電流進行編程。在預充電階段，此管腳的電壓被調(diào)制在0.1V；在恒流充電階段，此管腳的電壓被固定在1V。在充電狀態(tài)的所有模式，測量該管腳的電壓都可以根據(jù)下面的公式來估算充電電流：GND（引腳3）：電源地。Vcc(引腳4)：輸入電壓正輸入端。此管腳的電壓為內(nèi)部電路的工作電源。當Vcc與BAT管腳的電壓差小于30mV時，TP4056將進入低功耗的停機模式，此時BAT管腳的電流小于2uA。BAT（引腳5）：電池連接端。將電池的正端連接到此管腳。在芯片被嚴禁工作或者睡眠模式，BAT管腳的漏電流小于2uA。BAT管腳向電池提供充電電流和4.2V的限制電壓。STDBY（引腳6）：電池充電完畢指示端。當電池充電完畢時被內(nèi)部開關(guān)拉到低電平，表達充電完畢。除此之外，管腳將處在高阻態(tài)。CHRG（引腳7）漏極開路輸出的充電狀態(tài)指示端。當充電器向電池充電時，管腳被內(nèi)部開關(guān)拉到低電平，表達充電正在進行；否則管腳處在高阻態(tài)。CE（引腳8）芯片始能輸入端。高輸入電平將使TP4056處在正常工作狀態(tài)；低輸入電平使TP4056處在被嚴禁充電狀態(tài)。CE管腳可以被TTL電平或者CMOS電平驅(qū)動。使用注意事項1、TP4056采用SOP8/MSOP8-PP封裝，使用中需將底部散熱片與PCB板焊接良好，底部散熱區(qū)域需要加通孔,并有大面積銅箔散熱為優(yōu)。多層PCB加充足過孔對散熱有良好的效果，散熱效果不佳也許引起充電電流受溫度保護而減小。在SOP8/MSOP8背面散熱部分加適當?shù)倪^孔,也方便了手工焊接，(可以從背面過孔處灌焊錫,將散熱面可靠焊接)。2、TP4056應(yīng)用在大電流充電（700mA以上），為了縮短充電時間，需增長熱耗散電阻（如下圖R11、R12），阻值范圍0.2～0.5Ω?？蛻舾鶕?jù)使用情況選取合適電阻大小。3、TP4056應(yīng)用中BAT端的10u電容位置以靠近芯片BAT端為優(yōu)，不宜過遠。4、TP4056測試中，BAT端應(yīng)直接連接電池，不可串聯(lián)電流表，電流表可接在Vcc端。5、為保證各種情況下可靠使用，防止尖峰和毛刺電壓引起的芯片損壞，建議在BAT端和電源輸入端各接一個0.1u的陶瓷電容，并且在布線時十分靠近TP4056芯片。DEMO板說明書TP4056DEMO板電路圖功能演示說明：（工作環(huán)境：電源電壓5V，環(huán)境溫度25℃。）設(shè)立充電電流。(用戶可以調(diào)節(jié)電位器選擇需要的充電電流閉合KPR1kRPROG=1k1300mA閉合KPR1.2kRPROG=1.2k1000mA閉合KPR2kRPROG=2k600mA閉合KPR10kRPROG=10k130mA閉合KPR103RPROG=0.82k－10.5k120mA－1300mA設(shè)立指示燈，紅綠雙燈指示：充電狀態(tài)指示燈狀態(tài)正在充電紅燈亮，綠燈滅電池充滿狀態(tài)紅燈滅，綠燈亮電池充滿狀態(tài)紅燈滅，綠燈亮欠壓，電池溫度過高，過低，無電池等故障狀態(tài)(TEMP端正常連接)紅燈滅，綠燈滅BAT端接10u電容，無電池(TEMP端接地)綠燈亮，紅燈閃爍模擬充電狀態(tài)閉合KPR10k,KBAT-C,KBAT-R，KT-GNDBAT端連接一電容C2和一電阻R6代替鋰電池，模擬正在充電狀態(tài)：紅燈亮，綠燈滅。說明：此狀態(tài)模擬僅限電源電壓小于等于5V，大于5V時請用鋰電池實際測試。閉合KPR10k,KBAT-C，KT-GNDBAT端連接一電容C2代替鋰電池，模擬充電完畢狀態(tài)：綠燈亮，紅燈閃爍。說明：由于使用10uF的電容C2代替鋰電池模擬充滿狀態(tài)，電容充滿后緩慢放電，當電容電壓變低至再充電門限電壓4.05V時，自動再次充電，則可看見紅燈周期性閃爍。4、模擬充電末端BAT端電壓閉合KPR10k,KBAT-C,KBAT-R，KT-GND測量BAT端電壓。即為充電結(jié)束時電壓4.2V±1.5％。5、如客戶需要監(jiān)測電池溫度，斷開KT-GND，連接TP4056的TEMP端(1腳，已預留連接孔)至鋰電池溫度監(jiān)測端，客戶根據(jù)實際情況自定R9,R10大小并安裝。如不需要此項功能，閉合KT-GND即可。6、CE始能端。閉合開關(guān)KCE-GND，CE端下拉至低電平，芯片停止充電；打開KCE-GND，芯片正常充電。7、有的客戶在應(yīng)用中BAT端無鋰電池時不希望紅色指示燈閃爍，閉合KBATUP，將BAT端用100k電阻連接至Vdd，綠燈亮，可用于指示待機狀態(tài)，不影響正常充電使用。8、鋰電池充電將鋰電池正極連接至芯片BAT端，負極接地。需要溫度監(jiān)測功能請連接TEMP端(1腳)，否則閉合KT-GND。設(shè)立需要的充電電流和指示燈，斷開KBATR，KCE-GND，即可開始充電。TP4056充電保護板使用細則實物圖模塊特點及參數(shù)輸入電壓5V電壓4.2V±1%最大充電電流1000mA電池過放保護電壓2.5V電池過流保護電流3A板子尺寸2.6*1.7cm可用于電壓為3.63.7V等18650、聚合物等鋰電池的充放電保護，單個或者多個并聯(lián)同樣可以用。使用方法第一次也如電池時，也許OUT+和OUT-之間無電壓輸出，這時接入5V電壓沖一下電方可激活保護電路，電池從B+和B-上斷開再接上的話也需要沖一下電以激活保護電路。當使用手機充電器來做輸入時注意充電器必須要能輸出1A或以上的電流，否則不能正上充電Micro-USB母座及其旁邊的正負焊盤為電源輸入端，接入5V電壓。B+節(jié)鋰電池的正極，B-接鋰電池的負極。OUT+和OUT-接負載，比如接移動升壓板的正負極或者是其它負載。接好電池到B+和B-，插入手機充電器到USB母座，紅燈亮為正在充電，綠燈亮為充滿。注意事項充電時應(yīng)斷開OUT極上的負載。測試電流的電流表只能串接在充電板的5V輸入端。充電電流最佳是電池容量的0.37C，就是容量的0.37倍，比如1000mAH的電池充電電流400這樣就夠了。過大充電速度快效果就差，沖完了電池電壓掉的就多！充電連接導線不能過細過長。這樣連接電阻大。太細的話沖完了電池電壓掉的就多。與電池連接最佳接觸良好。不然沖完了電池電壓掉的就多。假如5V的輸入電壓偏高，比如5.2甚至5.5，會導致充電電流局限性1000mA，這是正常的。電壓高了芯片發(fā)熱會自動減小充電電流，不至芯片燒毀。芯片在工作中60度左右發(fā)熱是正常的。畢竟充電電流大。輸入反接對芯片沒有影響，但是輸出（電池端）反接會燒壞芯片，請買家注意。方案總結(jié)BP2971電源管理芯片：該芯片提供過充，過放，過流以及短路監(jiān)測功能（零電壓充電功能根據(jù)需要可選）。芯片合用于筆記本電腦，手機和便攜式儀器的電源管理。其電源管理靠五種功能性模式的