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一種新型鋰離子電池線性充電解決方法

鉅大鋰電  |  點(diǎn)擊量:0  |  2020年06月01日  

隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展,電子設(shè)備日益趨于便攜化、多功能化,因此也對(duì)它們的供電電池提出了輕便、高效的要求。鋰離子電池以其能量密度高、充放電性能優(yōu)異、無(wú)污染等特點(diǎn)逐漸取代傳統(tǒng)的鎳鎘、鎳氫電池、鉛酸電池被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代便攜式電子產(chǎn)品中。


相關(guān)于其他類型電池,鋰離子電池在性能優(yōu)異的同時(shí)也對(duì)充電器提出了更高的要求,這些要求重要體現(xiàn)在充電過(guò)程的控制和鋰離子電池保護(hù)方面,具體表現(xiàn)為較大的充電電流、高精度的充電電壓、分階段的充電模式和完善的保護(hù)電路等。


本文討論使用大電流鋰離子電池充電芯片SE9018設(shè)計(jì)鋰離子電池線性充電方法。


芯片介紹


SE9018是一款恒流/恒壓模式的鋰離子電池線性充電芯片,采用內(nèi)部pMOSFET架構(gòu),并集成有防倒充電路,不要外部隔離二極管。


芯片預(yù)設(shè)充飽電壓為4.2V,精度為±1.5%,充電電流可通過(guò)外部電阻進(jìn)行設(shè)置,最大持續(xù)充電電流可達(dá)1A。當(dāng)芯片由于工作功率大、環(huán)境溫度高或pCB散熱性能差等原因?qū)е陆Y(jié)溫高于140℃時(shí),內(nèi)部熱反饋電路會(huì)自動(dòng)減小充電電流,將芯片溫度控制在安全范圍之內(nèi)。為使芯片能夠維持高效工作狀態(tài),應(yīng)采取措施盡量降低芯片工作功率和芯片溫度,例如輸入端串聯(lián)小電阻(降低輸入電壓)、增大pCB散熱銅箔面積、使芯片散熱片與pCB銅箔充分接觸等。


圖1SE9018腳位圖


圖2SE9018原理圖


SE9018內(nèi)部集成電池溫度監(jiān)測(cè)電路,當(dāng)電池溫度超出正常范圍(過(guò)高或過(guò)低)時(shí),芯片自動(dòng)停止充電過(guò)程,防止電池因?yàn)闇囟冗^(guò)高或過(guò)低而損傷。


電池溫度監(jiān)測(cè)是通過(guò)判斷TEMp端電壓(VTEMp)實(shí)現(xiàn)的,VTEMp由一個(gè)包括電池內(nèi)部NTC熱敏電阻在內(nèi)的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)。


當(dāng)VTEMp處于45%VCC與80%VCC之間時(shí),芯片判斷電池溫度處于正常范圍內(nèi);當(dāng)VTEMp45%VCC或VTEMp>80%VCC時(shí),芯片判斷電池溫度過(guò)高或過(guò)低;當(dāng)TEMp端接地時(shí),電池溫度監(jiān)測(cè)功能被禁用。


SE9018包含兩個(gè)漏極開(kāi)路的狀態(tài)指示輸出端CHRG和STDBY,當(dāng)電路處于充電狀態(tài)時(shí),CHRG端置低電平,STDBY端為高阻態(tài);當(dāng)電池充飽時(shí),CHRG端變?yōu)楦咦钁B(tài),STDBY端置低電平。當(dāng)電池溫度監(jiān)測(cè)功能正常使用時(shí),假如芯片未連接電池或電池溫度超出正常范圍,CHRG端和STDBY端均為高阻態(tài);當(dāng)電池溫度監(jiān)測(cè)功能被禁用時(shí),假如芯片未連接電池,STDBY端為低電平,CHRG端輸出脈沖信號(hào)。


SE9018的其他功能包括手動(dòng)停機(jī)、欠壓閉鎖、自動(dòng)再充電等。


典型的基于SE9018的鋰離子電池充電電路如圖3所示。CE端為高電平時(shí),SE9018正常工作。


圖3SE9018典型應(yīng)用電路


1.充電電流的設(shè)置


恒流充電過(guò)程中的充電電流Ibat由pORG端與GND端之間的電阻Rprog設(shè)定,Ibat與Rprog阻值的關(guān)系為:


公式1


例如,假如想得到1A的恒定充電電流,根據(jù)公式1可得Rprog=1200Ω。


2.電池溫度監(jiān)測(cè)電路設(shè)置


電池溫度監(jiān)測(cè)電路的設(shè)置重要是對(duì)R1和R2進(jìn)行設(shè)置,假設(shè)NTC熱敏電阻在最低工作溫度時(shí)的電阻為RTL,在最高工作溫度時(shí)的電阻為RTH(RTL與RTH的數(shù)據(jù)可查相關(guān)電池手冊(cè)或通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到),則R1,R2的阻值分別為:


公式2


公式3


在實(shí)際應(yīng)用中,假如只要高溫保護(hù),不要低溫保護(hù),可以將R2去掉。此時(shí),R1的阻值為:


公式4


3.手動(dòng)停機(jī)設(shè)置


在充電過(guò)程中,可隨時(shí)通過(guò)置CE端為低電平或去掉Rprog(pROG端浮置)將SE9018置于停機(jī)狀態(tài),此時(shí)電池漏電流降至2uA以下,輸入電流降至70uA以下。


4.欠壓閉鎖狀態(tài)


若輸入電壓VCC低于欠壓鎖定閾值或VCC與電池電壓Vbat之差小于120mV,SE9018處于欠壓閉鎖狀態(tài)。


當(dāng)芯片處于停機(jī)狀態(tài)或欠壓閉鎖狀態(tài)時(shí),CHRG端與STDBY端均為高阻態(tài)。


5.正常充電工作周期


當(dāng)SE9018的各輸入端與電池均處于正常狀態(tài)時(shí),充電電路進(jìn)入正常充電周期,此周期包括四種基本工作模式:涓流充電、恒流充電、恒壓充電、充電結(jié)束與再充電。


若電池電壓Vbat低于2.9V,充電電路進(jìn)入涓流充電模式,此時(shí)充電電流為恒流充電電流的十分之一(假如恒流充電電流被設(shè)置為1A,則涓流充電電流為100mA),涓流充電狀態(tài)會(huì)一直保持到電池電壓Vbat達(dá)到2.9V。涓流充電模式重要是為了防止電池電壓太低時(shí)大電流沖擊給電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)帶來(lái)的損害。


電池電壓高于2.9V但小于預(yù)設(shè)充飽電壓4.2V時(shí),充電電路處于恒流充電模式,如上所述,充電電流由Rprog確定。


電池電壓達(dá)到4.2V時(shí),充電電路進(jìn)入恒壓充電模式,此時(shí)BAT端電壓維持在4.2V,充電電流逐漸減小。此過(guò)程的重要用途是減小電池內(nèi)阻關(guān)于充飽電壓的影響,使電池充電更加充分。

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