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          鋰電池供電方案

          當前位置:技術專欄 > 硬件技術

          鋰電池因具有綠色環保,重量輕,無記憶效應,自放電率低,高低溫適應性強等諸多優點,而廣泛應用于各種電子產品中。

          這里介紹一種基于TP4056的單節鋰電池的充電方案,并通過簡單外圍電路實現過充過放保護,電源自動切換和開關機。

          序號 001 TP4056充電方案

          硬學|鋰電池供電方案

          圖1

          圖1中4腳為電源輸入引腳,8腳為使能引腳,高電平有效(因此直接接到電源);7腳和6腳,功能分別為充電狀態指示和充電完成指示,這兩個引腳內部結構均為漏極開漏輸出,當它們導通時,對應連接的LED就會通過引腳內部的MOS管形成通路,使LED點亮。正常充電情況下,7腳導通,紅燈亮,6腳截止,綠燈滅。充電完成后,7腳和6腳間的邏輯翻轉,綠燈亮,紅燈滅;5腳為電池正極連接端,芯片通過該引腳對電池進行充電;1腳為溫度保護信號輸入端,其基本原理為,通過電池內部的NTC(負溫度系數熱敏電阻,隨著溫度升高而阻值降低,溫度降低而阻值升高)與外部的電阻分壓后輸入TEMP引腳,當該電壓值低于輸入電壓45%和高于輸入電壓的80%,充電將被暫停,如果不使用溫度檢測功能,則可以將該引腳直接接地。2腳為充電電壓編程引腳

          硬學|鋰電池供電方案

          其中:

          IBAT為充電電流

          VPROG為編程電壓(在預充階段為0.1V,恒流充階段為1V)

          RPROG為編程電阻,通過Vprog引腳鏈接到地

          例如,如果RPROG = 1200Ω,則預充階段充電電流為:

          0.1/1200*1200=0.1A

          恒流階段充電電流為

          1/1200*1200=1A

          到此TP4056芯片功能介紹完畢,更加詳細的資料可下載其數據手冊進行詳細了解。

          序號002 過放及過充保護

          過充和過放保護,從字面意思理解即可,就是避免電池過度放電和過度充電。一般來說,鋰電池廠家都會有內置保護電路板,對電池進行過充和過放的保護,這種情況下,我們直接使用TP4056即可;下面將要介紹的使用是沒有內置保護板的鋰電池而采用的保護方案。

          在眾多保護方案中,DW01加MOS管為最常見的方案,電路如下

          硬學|鋰電池供電方案

          正常狀態下,M1,M2均導通,

          過充狀態下,M2截止,充電回路切斷,過放狀態下,M1截止,放電回路切斷,兩種狀態實現對電池的過充過放保護;

          基于DW01加兩個MOS的方案,廠商還推出了內部集成MOS的DW06,相比較而言,DW06外部電路更簡單電路圖如下

          硬學|鋰電池供電方案

          序號003 自動電源切換

          該電源切換電路選自于TP4056的數據手冊中,下面分析其工作原理

          硬學|鋰電池供電方案

          在只有VCC-BAT供電的情況下,由于MOS管Q3的G極被R1拉低到地,則MOS導通,VCC-BAT通過Q3向后級供電;

          當USB電源VCC-USB插入后,Q3的G極變為高電平,使Q3截止,VCC-USB通過D1向后級供電;

          USB拔除后,Q3導通,供電狀態恢復為VCC-BAT供電。

          序號 004 硬件開關機電路

          一般來說,為了實現對系統的硬件電源切斷,會使用直接的機械開關進行控制電源的通斷。但是由于機械開關存在著體積較大(不利于小型化設計),且由于磨損導致壽命較短等缺點,按鍵開關越來越多的被使用,下面介紹一種比較簡單的實現電路:

          硬學|鋰電池供電方案

          如上圖所示

          關機狀態:由于Q1被R1鉗位到高電平,Q1截止,VCC不能向后級供電

          開機:長按S2,D2導通,使Q1的G極拉低而導通,VCC通過Q1向后級VCC-SYS供電;VCC-SYS連接MCU電源,MCU通電復位后開始工作,通過控制連接到MCU上面I/O的Power-On,使其為高電平,此時Q2導通,使Q1的G極變為低電平,松開按鍵S2,只要Power-On引腳電平保持為高電平,系統供電正常供電;

          關機流程:開機狀態下,長按下S2,MCU通過D2,檢測到低電平,累計一定時間后,判定為關機動作,將Power-ON引腳輸出低電平,Q1截止,系統斷電;

          上面所述的電路,可實現系統的硬關機。

          上面提到的四個電路,可根據實際情況進行組合調整,應用于電路之中。

          本周互動交流

          本次公開課的問題是:

          如何判斷開機充電和關機充電的狀態,從而實現關機充電和開機充電的進度指示?

          本期禮物:硬功館學院定制記事本

          硬學|鋰電池供電方案


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