工程师,还在找双节锂电池的充电电路方案?这个芯片也许可以
工程师,在研发一些带有锂电池供电功能的项目,都会碰到一个类似的电路设计问题,也就是
如何设计锂电池的充电管理电路?在不同的电路功能项目中,对锂电池的供电要求也是参差不齐;比如
作为单片机系统的备用电源,工程师只需要采用单节锂电池即可实现,因为单片机的供电电压3.3V与单节锂电池3.7V较为接近吻合;作为门禁系统的供电电源,工程师则需要采用双节锂电池供电,因为双节锂电池可以增加门禁系统的工作时间;作为对讲机的系统电源,工程师则优先采用更多容量的锂电池供电,因为对讲机在工作时消耗的电能比较多,小容量电池会影响对讲机的使用体验;单节锂电池的充电管理电路,工程师也许设计相应的电路比较多;对于双节锂电池的充电管理电路,工程师怎么去设计开发呢?
众所周知,工程师在开发设计某一功能的电路,基本是两种途径
1)途径一:采用分立电子元器件搭建
工程师通过电路设计经验,根据不同参数类型的电阻电容、二三极管、MOS管、继电器、LED灯、晶闸管/可控硅等等分立电子元器件设计电路,使其通过不同的形式组合构建所需要的功能;
电路设计
2)途径二:采用集成式芯片方案
相比较使用分立电子元器件,工程师可能更愿意使用集成式的芯片,主要的原因是电路设计简单,根据芯片规格书推荐使用的典型应用电路,按照实际的项目需求调整参数,即可实现相应的电路功能设计;
这两种途径,没有谁优谁劣之分,工程师在研发项目,往往都是同时结合这两种设计技巧,因为没有一种电路设计方式能解决所有的电路问题;
针对双节锂电池充电管理电路,芯片哥推荐使用采用集成式芯片方案,例如TP5100 QFN16;那么TP5100芯片具体是怎么实现双节锂电池充电管理功能的呢?
TP5100应用电路图
TP5100应用电路图
在TP5100应用电路图中,工程师较为清楚地了解其设计方案;整个应用电路系统的外围只需简单的电阻、电容、电感以及LED,就可以轻松实现双节锂电池充电管理方案的设计,其电路详细设计过程
VIN引脚,作为电池充电的输入电源,其工作范围为4.5V~18V;CS引脚,作为TP5100充电功能的使能Enable引脚,工程师可以通过控制其逻辑电平的高低,控制锂电池的充电电压;一般接入外界的开关或者是MCU单片机,当CS=1时,则充电电压为8.4V,也就是选择了双节锂电池充电功能;CHRG引脚,作为锂电池正在充电工作状态指示 引脚,为了便于查看,工程师一般接入LED灯;STDBY引脚,作为锂电池充电完毕指示 引脚,同样为了便于查看,工程师一般接入LED灯;BAT引脚,作为锂电池的充电电压输出引脚,工程师在电路设计中直接连接双节锂电池端;TP5100芯片
如何设置充电电流
工程师在开发设计锂电池的充电电路,两个核心问题比较关注;
问题一:充电电流如何设置
在TP5100应用电路中,充电电流的大小,工程师可以通过调节修改R2电阻的阻值来实现;具体的量化计算公式为 I = 0.1/R2;例如
R2电阻阻值为0.1Ω时,锂电池的充电电流为1A;
R2电阻阻值为0.067Ω时,锂电池的充电电流为1.5A;
当然TP5100芯片最大只能支持充电电流为2A,工程师在具体项目电路设计需要注意;
问题二:充电电压何时启动与关闭
双节锂电池充电,它有一个充电周期过程,分为三个不同工作阶段
阶段一:预充涓流状态
在锂电池电压小于5.8V时,TP5100充电管理芯片启动预充涓流状态,对双节锂电池进行涓流充电;预充的涓流电流大小,工程师可以通过调节芯片的Pin12引脚RTRICK的下拉电阻阻值确定;
具体的量化计算方法举例说明
如若RTRICK下拉电阻阻值为0Ω,也就是直接接地GND,则预充的电流为0.1*I;
如若RTRICK下拉电阻阻值为50KΩ,则预充的电流为0.2*I;
如若RTRICK下拉电阻阻值为114KΩ,则预充的电流为0.3*I;
如若RTRICK下拉电阻阻值为320KΩ,则预充的电流为0.5*I;
如若RTRICK下拉直接悬空,则预充的电流为I;
I为恒流的充电电流,也即为0.1/R2;显然在TP5100应用电路图中,选择的是常见预充电流0.1*I;
阶段二:恒流状态
在进行完锂电池的预充状态后,TP5100芯片就会启动恒流充电阶段,此时的充电电流为I=0.1/R2;直至双节锂电池的电压接近8.4V,例如距离8.4V相差50mV,则关闭恒流充电状态;
至于涓流充电状态,何时结束,也是一个待解的疑问;需要与芯片设计公司的工程师做个技术详细沟通
阶段三:恒压状态
在双节锂电池的电压距离8.4V还相差50mV,也就是8.35V时,TP5100芯片则启动恒压充电阶段,直至双节锂电池电压达到8.4V;
经历完预充涓流、恒流以及恒压三个充电阶段,双节锂电池则完成了一个完整的充电周期;
锂电池在给其他电路系统供电后,其电压会逐渐降低;假如双节锂电池电压下降到8.1V时,TP5100则会重新启动新的充电周期;
工程师了解完锂电池的三个充电阶段,就能较好地回答问题二;
充电何时启动?
在双节锂电池电压小于5.8V时或者电压在由8.4V下降到8.35时,TP5100开始启动充电功能;
充电何时关闭?
在双节锂电池电压达到8.4V时,TP5100关闭充电功能;
电路设计注意事项
虽然TP5100芯片应用电路方案,可以解决工程师的双节锂电池充电管理电路设计问题;但在设计项目开发电路中,芯片哥还是建议依据具体的电路功能需求而选择设计;
在采用此方案过程中,需要引起工程师注意的内容
TP5100芯片只能适合单节与双节锂电池充电项目;TP5100芯片最大只能设定的充电电流为2A;TP5100芯片最大只能支持输入的电压VIN为20V;最后回到电路问题的本身,双节锂电池的充电管理电路,工程师该如何去设计?该采用什么芯片方案可以完成?TP5100只是其中一个电路解决方案,还存在其他的芯片方案,欢迎工程师一起参与交流讨论
本文由【芯片哥】原创撰写,一个只谈电子元器件与芯片的那些事,喜欢就关注芯片哥,和芯片哥一起加油吧 #芯片# #电路设计# #电子工程师#
升压降压芯片电路
升压与降压一般是指电源电路的工作模式,有些电源IC可以同时支持升压和降压模式。
降压模式——Bust mode,这个大家比较熟悉的,用的也比较多,比如5V-》3.3V稳压,对应的芯片很多大家上网搜一下就有了,有LDO模式和DC-DC模式的。其中LDO模式的芯片外围电路较简单,只需在输入和输出端加上滤波电容即可。而DC-DC模式的芯片电路相对较复杂一点,但是效率较高。一般需要外接电容和电感,通过闭合开关对电感进行充电,断开开关之后,电感作为一个电源进行放电,可以通过PWM的占空比来调节输出电压值,电压值最大不会超过电源电压。对于DC-DC降压模式的基本电路如下图所示:
升压模式——Boost mode,这个也很常见,也是DC-DC的一种。当整个电路只使用单个电源(比如3.7V锂电池)供电时,可以通过降压输出3.3V、1.6V等较低电压给IC供电,有时候电路中需要更高的电压,比如一些移动设备的屏幕就需要较高电压驱动,比如12V,在移动设备中再增加一个12的独立电源不太现实,而且锂电池一般都是3.7V(充满电为4.2V),这个时候就需要使用到升压电路了,这个也有对应的IC,一般要配合电感、电容实现升压和降压模式中DC-DC的连接方式不一样。通过闭合开关给电感充能,断开开关则电感的电动势和电源串联,提高电压。可以通过PWM的占空比来调节输出电压,当占空比为50%时,输出电压为输入电压的2倍。升压的基本电路如下图所示:
升压降压芯片电路
做实验项目时常常会遇到只有一种电压的电源却需要另一种电压的电源的情况,于是就有了电压转化的需求,除去buck-boost电路,也有很多常用的芯片可以供大家转换电压。
12转5v时常用7805,转-5v时候会用7905。有关电路可以直接搜索芯片的datasheet查看,也可以看下面的截图。
7.2v转5v也很常见,一般直接用lm2940,电路如下:
7.2v转3.3v用lm1117效果挺好的,电路如下:
5v转3.3v用AMS1117电路图如下:
顺带介绍一下LM2596.LM2596系列是德州仪器(TI)生产的3A电流输出降压开关型集成稳压芯片,它内含固定频率振荡器(150KHZ)和基准稳压器(1.23v),并具有完善的保护电路、电流限制、热关断电路等。利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。提供的有:3.3V、5V、12V及可调(-ADJ)等多个电压档次产品。有关电路直接下载datasheet即可知道。我自己用过的电路如下:
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