一种针对于充电电池的低成本CCR充电解决方案

发布时间：2020-06-30 18:15:13 阅读：次来源：皇冠厂家

本文引用地址：对于手机、数码相机（DSC）、音乐播放器等便携设备中常见的单节锂离子电池等而言，充电一直是一个颇有挑战性的问题，因为既要满足特定应用要求，又要确保安全和无故障的充电操作。本文将讨论怎样将安森美半导体的恒流稳流器（CCR）用于可充电电池的低成本充电电路，为其提供了终止充电的简单控制器。电池种类及充电技术选择三种最常见的充电电池分别是镍金属氢化物（NiMH）、镍镉（NiCad）和锂离子（Li-ion）。电池充电速率用字母“C”表示。“C”定义了1.0小时的电池容量。例如，一个额定值为800 mAh（毫安时）的电池可以用0.5C充电，因而使电池完全充电需要以400 mA充电电流充电超过2个小时。图1是充电电路的基本框图。

图1：充电电路基本框图1）镍氢和镍镉电池镍氢电池的额定电压为1.2 V/节，应该用高达1.5-1.6 V/节的电压充电。要决定何时中断充电有几种不同技术可以采用，其中包括：峰值电压检测、负Δ电压、Δ温度（dT/dt）、温度阈值和定时器。对于高端充电器这些技术都有可能组合用在一个充电器当中。CCR充电器是一个峰值电压检测电路，可在预定峰值终止充电，为上述电池的充电提供了一个合适的解决方案。其预定峰值电压为1.5 V/节，可将电池充电至约97%的程度。镍镉电池可以使用该电路充电。其表现与镍氢电池非常相似，所以这种方法很合适。2）锂离子电池对锂离子电池而言，常用的充电方法是在0.5C到1C条件下通过涓流充电将电池充电至4.2 V/节。在充电过程中，锂离子电池的温升应保持在低于5℃，较高的温升表明可能会引发自燃。涓充部分的充电周期电池温升最大，最有可能自燃。由于这个问题，高端充电可使用智能IC（如安森美半导体的NCP1835B）来监视和控制锂离子电池的充电过程。恒流稳流器（CCR）充电电路设计本文讨论的CCR控制器没有使用涓流充电，因此消除了可能自燃的问题，让电池处在一个安全工作区有助于提高电池的使用寿命。不过，不使用涓流充电，电池将只能充电到约85%的程度。1）设置参考电压利用三端可编程分流稳压器TL431可以设置参考电压。它可在其参考引脚提供一个恒定的2.5 V输出。当如图2所示连接两个外部电阻时，参考电压可以选为2.5 V至36 V.出于我们的目的，我们将R2设置为1.0 kΩ，并将Rref调整到我们想要匹配的参考电压。用来得出R2/Rref比率的公式是：

图2：参考电压的设置2）迟滞环路比较器LM311是一个单比较器，用来比较参考电压与电池电压。连接到反相输入端的是电池电压。迟滞是由输出和非反相输入端之间的反馈电阻（Rh）提供的。R3是一个1.0 kΩ的电阻，用来简化R3/Rh的比例。通过调整Rh可以改变迟滞环的带宽。增加Rh可以减少带宽，反之亦然。建议迟滞的带宽大于200 mV，因为在充电终止时，电池的电压会略微下降一些。高电压与低电压的反相输入公式是：

图3：迟滞设置

图4：充电电路原理图3）电流开关电路中的两个双极结型晶体管（BJT）（Q3和Q6）作为控制充电电流的开关。Q6的基极是通过一个5.6 kΩ电阻（R6）由比较器的输出控制的。Q6的集电极通过一个1.0 kΩ电阻（R5）连接到Q3的基极。当比较器的输出变为低电平时，Q6被关闭，导致Q3关闭而终止充电电流。4）稳流电池的充电电流采用一个CCR来控制。电流可以通过一个可调节CCR和/或并联CCR来调整。这个演示板是专门为两个并联CCR（Q4和Q5）设计的（可以并联连接两个以上的CCR，以便能够达到你想要的任何电流）。对于本文讨论的实验，CCR（NSI45090JDT4G）可以在90 mA至160 mA范围内调整。三个用于数据分析的电流分别是90、180和300 mA.5）指示器LED为了表明电池正在充电，组合使用了一颗CCR、Q7及一个R为LED提供个恒流。在没有电池连接到充电器时，LED也将“导通”。当LED“关闭”时，表明电池已完全充电。6）设置不同的测试电流表1显示了决定充电电流的可变元件值和充电终止电压。同时在180 mA测试两个NSI45090JDT4G CCR被用来给出一个Radj = 10的90 mA的电流输出。7）测试结果CCR充电电路是通过在90 mA、180 mA和300 mA对锂离子电池和镍氢电池充电进行测试的。表2是正在充电的电池监测到的关键电压。表3显示了电路终止电池充电后相同的关键电压。在测试过程中，电池的温度开始迅速升高（见表4），测试结束之前，电池电压达到参考电压。表4包含了电池的温度数据。在所有情况下，环境温度约为25℃。对于锂离子电池而言，可以得出这样的结论，充电电流越大，电池温升就越高。在0.1C充电时，镍氢电池的情况相同。重要的是要记住，在何时选择使用多大的充电速率。