锂电池充电电路详解

四、锂电池的充放电要求；1、锂电池的充电：根据锂电池的结构特性，最高充电终止电压应为4.2V，不能过充，否则会因正极的锂离子拿走太多，而使电池报废。其充放电要求较高，可采用专用的恒流、恒压充电器进行充电。通常恒流充电至4.2V/节后转入恒压充电，当恒压充电电流降至100mA以内时，应停止充电。充电电流（mA）=0.1～1.5倍电池容量（如1350mAh的电池，其充电电流可控制在135～2025mA之间）。常规充电电流可选择在0.5倍电池容量左右，充电时间约为2～3小时。2、锂电池的放电：因锂电池的内部结构所致，放电时锂离子不能全部移向正极，必须保留一部分锂离子在负极，以保证在下次充电时锂离子能够畅通地嵌入通道。否则，电池寿命就相应缩短。为了保证石墨层中放电后留有部分锂离子，就要严格限制放电终止最低电压，也就是说锂电池不能过放电。放电终止电压通常为3.0V/节，最低不能低于2.5V/节。电池放电时间长短与电池容量、放电电流大小有关。电池放电时间（小时）=电池容量/放电电流。锂电池放电电流(mA)不应超过电池容量的3倍。（如1000mAH电池，则放电电流应严格控制在3A以内）否则会使电池损坏。目前市场上所售锂电池组内部均封有配套的充放电保护板。只要控制好外部的充放电电流即可。五、锂电池的保护电路：两节锂电池的充放电保护电路如图一所示。由两个场效应管和专用保护集成块S--8232组成，过充电控制管FET2和过放电控制管FET1串联于电路，由保护IC监视电池电压并进行控制，当电池电压上升至4.2V时，过充电保护管FET1截止，停止充电。为防止误动作，一般在外电路加有延时电容。当电池处于放电状态下，电池电压降至2.55V时，过放电控制管FET1截止，停止向负载供电。过电流保护是在当负载上有较大电流流过时，控制FET1使其截止，停止向负载放电，目的是为了保护电池和场效应管。过电流检测是利用场效应管的导通电阻作为检测电阻，监视它的电压降，当电压降超过设定值时就停止放电。在电路中一般还加有延时电路，以区分浪涌电流和短路电流。该电路功能完善，性能可靠，但专业性强，且专用集成块不易购买，业余爱好者不易仿制。六、简易充电电路：现在有不少商家出售不带充电板的单节锂电池。其性能优越，价格低廉，可用于自制产品及锂电池组的维修代换，因而深受广大电子爱好者喜爱。有兴趣的读者可参照图二制作一块充电板。其原理是：采用恒定电压给电池充电，确保不会过充。输入直流电压高于所充电池电压3伏即可。R1、Q1、W1、TL431组成精密可调稳压电路，Q2、W2、R2构成可调恒流电路，Q3、R3、R4、R5、LED为充电指示电路。随着被充电池电压的上升，充电电流将逐渐减小，待电池充满后R4上的压降将降低，从而使Q3截止，LED将熄灭，为保证电池能够充足，请在指示灯熄灭后继续充1—2小时。使用时请给Q2、Q3装上合适的散热器。本电路的优点是：制作简单，元器件易购，充电安全，显示直观，并且不会损坏电池．通过改变W1可以对多节串联锂电池充电，改变W２可以对充电电流进行大范围调节。缺点是：无过放电控制电路。图三是该充电板的印制板图（从元件面看的透视图）。锂电池需充足电后保存。在20℃下可储存半年以上，可见锂电池适宜在低温下保存。曾有人建议将充电电池放入冰箱冷藏室内保存，的确是个好注意。锂电池绝对不可解体、钻孔、穿刺、锯割、加压、加热，否则有可能造成严重后果。没有充电保护板的锂电池不可短路，不可供小孩玩耍。不能靠近易燃物品、化学物品。报废的锂电池要妥善处理。四、锂电池的充放电要求；1、锂电池的充电：根据锂电池的结构特性，最高充电终止电压应为4.2V，不能过充，否则会因正极的锂离子拿走太多，而使电池报废。其充放电要求较高，可采用专用的恒流、恒压充电器进行充电。通常恒流充电至4.2V/节后转入恒压充电，当恒压充电电流降至100mA以内时，应停止充电。充电电流（mA）=0.1～1.5倍电池容量（如1350mAh的电池，其充电电流可控制在135～2025mA之间）。常规充电电流可选择在0.5倍电池容量左右，充电时间约为2～3小时。2、锂电池的放电：因锂电池的内部结构所致，放电时锂离子不能全部移向正极，必须保留一部分锂离子在负极，以保证在下次充电时锂离子能够畅通地嵌入通道。否则，电池寿命就相应缩短。为了保证石墨层中放电后留有部分锂离子，就要严格限制放电终止最低电压，也就是说锂电池不能过放电。放电终止电压通常为3.0V/节，最低不能低于2.5V/节。电池放电时间长短与电池容量、放电电流大小有关。电池放电时间（小时）=电池容量/放电电流。锂电池放电电流(mA)不应超过电池容量的3倍。（如1000mAH电池，则放电电流应严格控制在3A以内）否则会使电池损坏。该电路很简洁，采用了一块软封装的集成块并标有AE3102字样，通过对其8个引脚分析，是集成了两个运放。开关电源部分采用抑制振荡型开关电源，它的简单工作原理是把220V交流电整流滤波成峰值电压300V左右的三角波（滤波电容C1不用），利用稳压器组成电平开关，控制开关管Q1的振荡与停止。此开关电源初级电流很小，Q1的C极反峰电压也较低，因此可以使用Vceo大于300V的TO-92封装的小型开关管，以缩小体积降低成本。开关电源部分：Q1和开关变压器组成间歇振荡器。充电器加电后，220V市电经D1半波整流后在Q1的C极上形成一个300V左右的直流电压，经过变压器初级加到Q1的C极，同时该电压还经启动电阻R2为Q1的B极提供一个偏置电压。由于正反馈作用，Q1的IC迅速上升而饱和，在Q1进入饱和期间，开关变压器次级绕组产生的感应电压使D2导通，向负载输出一个约9V左右的直流电压。开关变压器的反馈绕组产生的感应脉冲经D3整流、C2滤波后产生一个与振荡脉冲个数呈正比的直流电压。此电压若超过稳压管Z1的稳压值，Z1便导通，此负极性整流电压便加在Q1的B极，使其迅速截止。Q1的截止时间与其输出电压呈反比。Z1的导通／截止直接受电网电压和负载的影响：电网电压越低或负载电流越大，Z1的导通时间越短，Q1的导通时间越长，反之，电网电压越高或负载电流越小，D3的整流电压越高，Z1的导通时间越长，Q1的导通时间越短。充电部分：手机电池残留电压（约3V）经R17、R15分压后，（1.3V）加至IC（AE3102）③脚，手机电池残留电压同时经R16点亮LED1，经LED1稳压后的电压(1.8V)加至IC②脚，此电压低于IC③脚电压，IC①脚输出低电平。此低电平使Q2导通，进行充电。R8的作用是使LED1的稳压值更稳定，LED1同时作电源指示。IC内第Ⅱ运放与④脚的C5组成振荡电路。由⑦脚输出振荡方波，通过R12使LED2闪烁，指示充电。随着电池电压上升，当经R17、R15分压后的（③脚）电压高于LED1的稳压（②脚）电压时，IC①脚输出高电平，使Q2截止，并点亮LED3指示充电结束。此时，LED2熄灭。D4是防止电池反接损坏电路；R18是过流保险电阻；R6是在充电结束后进行小电流补充之用，说明书要求此时间约为0.5小时。多功能部分：该充电器使用了方便的电池夹，其两个电极可任意分开大小，适应多种手机锂电。在充电器侧面还留有小灵通充电接口。在充电器的另一个侧面，有一个极性转换开关，只有电池极性与充电极性相符时，测试灯LED1才会点亮该电路主要由锂电池保护专用集成电路ＤＷ０１，充、放电控制ＭＯＳＦＥＴ１（内含两只Ｎ沟道ＭＯＳＦＥＴ）等部分组成，单体锂电池接在Ｂ＋和Ｂ－之间，电池组从Ｐ＋和Ｐ－输出电压。充电时，充电器输出电压接在Ｐ＋和Ｐ－之间，电流从Ｐ＋到单体电池的Ｂ＋和Ｂ－，再经过充电控制ＭＯＳＦＥＴ到Ｐ－。在充电过程中，当单体电池的电压超过４．３５Ｖ时，专用集成电路ＤＷ０１的ＯＣ脚输出信号使充电控制ＭＯＳＦＥＴ关断，锂电池立即停止充电，从而防止锂电池因过充电而损坏。放电过程中，当单体电池的电压降到２．３０Ｖ时，ＤＷ０１的ＯＤ脚输出信号使放电控制ＭＯＳＦＥＴ关断，锂电池立即停止放电，从而防止锂电池因过放电而损坏，ＤＷ０１的ＣＳ脚为电流检测脚，输出短路时，充放电控制ＭＯＳＦＥＴ的导通压降剧增，ＣＳ脚电压迅速升高，ＤＷ０１输出信号使充放电控制ＭＯＳＦＥＴ迅速关断，从而实现过电流或短路保护。锂电池保护板工作原理锂电池保护板根据使用IC,电压等不同而电路及参数有所不同,下面以DW01配MOS管8205A进行讲解:当电芯电压在2.5V至4.3V之间时，DW01的第1脚、第3脚均输出高电平(等于供电电压)，第二脚电压为0V。此时DW01的第1脚、第3脚电压将分别加到8205A的第5、4脚，8205A内的两个电子开关因其G极接到来自DW01的电压，故均处于导通状态，即两个电子开关均处于开状态。此时电芯的负极与保护板的P-端相当于直接连通，保护板有电压输出。2.保护板过放电保护控制原理:当电芯通过外接的负载进行放电时,电芯的电压将慢慢降低,同时DW01内部将通过R1电阻实时监测电芯电压,当电芯电压下降到约2.3V时DW01将认为电芯电压已处于过放电电压状态，便立即断开第1脚的输出电压，使第1脚电压变为0V，8205A内的开关管因第5脚无电压而关闭。此时电芯的B-与保护板的P-之间处于断开状态。即电芯的放电回路被切断，电芯将停止放电。保护板处于过放电状态并一直保持。等到保护板的P与P-间接上充电电压后，DW01经B-检测到充电电压后便立即停止过放电状态，重新在第1脚输出高电压，使8205A内的过放电控制管导通，即电芯的B-与保护板的P-又重新接上，电芯经充电器直接充电。4.保护板过充电保护控制原理:当电池通过充电器正常充电时,随着充电时间的增加,电芯的电压将越来越高，当电芯电压升高到4.4V时,DW01将认为电芯电压已处于过充电电压状态，便立即断开第3脚的输出电压，使第3脚电压变为0V，8205A内的开关管因第4脚无电压而关闭。此时电芯的B-与保护板的P-之间处于断开状态。即电芯的充电回路被切断，电芯将停止充电。保护板处于过充电状态并一直保持。等到保护板的P与P-间接上放电负载后，因此时虽然过充电控制开关管关闭,但其内部的二极管正方向与放电回路的方向相同,故放电回路可以进行放电,当电芯的电压被放到低于4.3V时,DW01停止过充电保护状态重新在第3脚输出高电压，使8205A内的过充电控制管导通，即电芯的B-与保护板P-又重新接上，电芯又能进行正常的充放电.5.保护板短路保护控制原理:如图所示，在保护板对外放电的过程中，8205A内的两个电子开关并不完全等效于两个机械开关，而是等效于两个电阻很小的电阻，并称为8205A的导通内阻，每个开关的导通内阻约为30m\U03a9共约为60m\U03a9，加在G极上的电压实际上是直接控制每个开关管的导通电阻的大小当G极电压大于1V时，开关管的导通内阻很小(几十毫欧)，相当于开关闭合，当G极电压小于0.7V以下时，开关管的导通内阻很大(几MΩ)，相当于开关断开。电压UA就是8205A的导通内阻与放电电流产生的电压，负载电流增大则UA必然增大,因UA0.006L×IUA又称为8205A的管压降，UA可以简接表明放电电流的大小。上升到0.2V时便认为负载电流到达了极限值，于是停止第1脚的输出电压，使第1脚电压变为0V、8205A内的放电控制管关闭，切断电芯的放电回路，将关断放电控制管。换言之DW01允许输出的最大电流是3.3A，实现了过电流保护。6.短路保护控制过程:短路保护是过电流保护的一种极限形式，其控制过程及原理与过电流保护一样，短路只是在相当于在PP-间加上一个阻值小的电阻(约为0Ω)使保护板的负载电流瞬时达到10A以上，保护板立即进行过电流保护。