锂电池充电保护方案设计.docx

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锂电池充电保护方案设计

方案一：

BP2971电源管理芯片

特点

·输入电压区间（Pack+）：

Vss-0.3V～12V

·FET驱动

CHG和DSGFET驱动输出

·监测项

过充监测

过放监测

充电过流监测

放电过流监测

短路监测

·零充电电压，当无电池插入

·工作温度区间：

Ta=-40～85℃

·封装形式:

6引脚DSE（1.50mm1.50mm0.75mm）

应用

·笔记本电脑

·手机

·便携式设备

绝对最大额定值

·输入电源电压：

-4.5V～7V

·最大工作放电电流：

7A

·最大充电电流：

4.5A

·过充保护电压（OVP）：

4.275V

·过充压延迟：

1.2s

·过充保护电压（释放值）：

4.175V

·过放保护电压（UVP）：

2.8V

·过放压延迟：

150ms

·过放保护电压（释放值）：

2.9V

·充电过流电压（OCC）：

-70mV

·充电过流延迟：

9ms

·放电过流电压（OCD）：

100mV

·放电过流延迟：

18ms

·负载短路电压：

500mV

·负载短路监测延迟：

250us

·负载短路电压（释放值）：

1V

典型应用及原理图

图1：

BP2971应用原理图

引脚功能

NC（引脚1）：

无用引脚。

COUT（引脚2）：

充电FET驱动。

此引脚从高电平变为低电平，当过充电压被V-引脚所监测到

DOUT（引脚3）：

放电FET驱动。

此引脚从高电平变为低电平，当过放电压被V-引脚所监测到

VSS（引脚4）：

负电池端。

此引脚用于电池负极的接地参考电压

BAT（引脚5）：

正电池连接端。

将电池的正端连接到此管脚。

并用0.1uF的输入电容接地。

V-（引脚6）：

电压监测点。

此引脚用于监测故障电压，例如过冲，过放，过流以及短路电压。

芯片功能原理图

芯片功能性模式

监测参数

参数

可变（选）区间

VOVP过充监测电压

3.85V～4.60V50mVsteps

VUVP过放监测电压

2.00V～2.80V50mVsteps

VOCD放电过流监测电压

90mV～200mV5mVsteps

VOCC充电过流监测电压

-45mV～-155mV5mVsteps

VSCC短路监测电压

300mV，400mV，500mV，600mV

TOVPD过充监测延迟

0.25s，1.00s，1.25s，4.50s

TUVPD过放监测延迟

20ms，96ms，125ms，144ms

TOCDD放电过流监测延迟

8ms，16ms，20ms，48ms

TOCCD充电过流监测延迟

4ms，6ms，8ms，16ms

TSCCD短路监测延迟

250us（定值）

正常工作：

该芯片同时检引脚5（BAT）引脚4（VSS）之间电压差和引脚6（V-）引脚4（VSS）之间的电压差去控制电池的充放电。

这个系统处于正常工作模式，当电池电压小于过充电压并且大于过放电压且引脚6（V-）的电压在充电过流和放电过流电压之间。

如果满足以上条件，引脚2（COUT）和引脚3（DOUT）会输出高电平使电池正常工作。

过充模式：

在充电时当电池电压大于过充监测电压（VOVP），进入该模式。

如果该情况持续超过过充监测延迟（TOVDO）,引脚2（COUT）将转为低电平去断开充电回路。

当以下情况下，过充模式将被退出：

·如果引脚V-电压大于过充监测电压（VOCC_Min）且电池电压降到过充释放电以下，将退出过充模式。

·如果引脚V-电压大于或等于过放监测电压（VOCD）且电池电压降到过充监测电压以下，将退出过充模式。

过放模式：

如果电池电压低于过放监测电压的时间超过过放监测延迟，引脚3（DOUT）将转为低电平断开放电回路。

在此情况下，V-引脚被电阻（RV-D）拉起置BAT引脚。

引脚V-和BAT的电压差将会是1.3V或者更低。

电流消耗也会降到低耗能电流（ISTANDBY）。

低耗能模式将会解除当充电器连入并且引脚V-和BAT的电压差大于1.3V。

在过放模式下，如果充电器连入电池且引脚V-的电压小于-0.7V，一旦电池电压超过过放监测电压（VUVP），过放模式将被退出且启动引脚DOUT闭合放电回路。

在过放模式下，如果充电器连入电池且引脚V-的电压大于-0.7V，一旦电池电压超过过放监测释放电压（VUVP+Hys），过放模式将被退出且启动引脚DOUT闭合放电回路。

放电过流（放电过流或负载短路）：

当电池处于正常工作状态时，如果引脚V-等于或大于放电过流监测电流的时间超过放电过流监测延迟，引脚DOUT电平将被拉低使放电回路断开。

当Pack+和Pack-之间的电阻增至激活电阻，系统回到正常工作状态。

当V-引脚的电压降至BAT—1V或者更低，Pack+和Pack-之间电阻处于激活电阻

或者连接充电器去退出放电过流模式。

充电过流：

当电池处于正常工作状态时，如果引脚V-小于充电过流监测电流的时间超过充电过流监测延迟，引脚COUT电平将被拉低使充电回路断开。

当拔掉充电器，在V-引脚恢复到充电过流监测电压或者更高的电压时，系统将回到正常工作状态

充电过流监测功能缺失，当系统处于过放模式。

使用注意事项

1、当首次连接电池时，放电回路没有激活。

需要短路V-引脚和VSS引脚或者连接充电端的PACK+和PACK-。

2、如果电池过充大于过充监测电压且连接负载，放电过流监测和短路监测功能将缺失直到电池电压降到过充监测电压以下。

因为电池阻处于欧姆的十阶，所以输出端的负载会使电压迅速降低从而使过流监测和短路监测功能在过充释放延迟之后恢复。

3、当在过充后连接充电器，过充模式不会被退出即使电池电压已经降到过充释放电压以下。

过充模式可被退出当拔掉充电器。

4、一些电池供应商不推荐给零电压的电池充电，具体联系供应商之后再决定是否需要零电压充电功能。

5、零电压充电功能优先于充电过流监测工能。

在电池电压小于过房监测电压时，零电压充电功能将强行充电并使充电过流监测工能禁止

电路设计准则

1.确保FETs外电路有足够的散热，散热率基于参数的极值。

2.在连接两个FET开关时，应尽可能的靠近。

3.连接在引脚BAT上的RC过滤器应尽可能的靠近IC端口。

参考电路：

方案二：

MCP73831/2

特点

·线性充电管理

整合的通路晶体管

整合的电流感应

反向放电保护

·高精确率电压管理

·电压管理选择：

4.20V，4.35V，4.40V,4.5V

·可编程的充电电流：

15mA，500mA

·可选的预调节：

10%，20%，40%或disable

·可选的充电结束调节：

5%，7.5%,10%，20%

·充电输出

MCP73831

MCP73832

·端口调节

·温度区间：

-40°C～+85°C

·封装形式：

8引脚（2mm3mmDFN）

5引脚（SOT-23）

应用

·锂离子、锂聚合物电池充电器

·手机

·便携式设备

·数字相机

·MP3播放器

·蓝牙设备

·USB充电器

绝对最大额定值

·VDD：

7V

·VSS：

-0.3～（VDD+0.3）V

·最大接合点温度Tj：

部限制

·储存温度：

-65°C～+150°C

·人体模型（1.5kΩ与100nF相串联）大于4kV

·机器模型（200pF，无串联电阻）400V

典型应用及原理图

图1：

MCP738312应用原理图

引脚功能

VDD（引脚1-2）：

供给电压推荐为[VREG（typical）+0.3V～6V]，用最小4.7uF电容连至VSS。

VBAT（引脚3-4）：

连接到电池正极。

连于P通道MOSFET晶体管的漏极（Drain）。

用最小4.7uF电容连至VSS。

STAT（引脚5）：

此引脚输出连接于LED指示灯，起模式转换指示功能。

其电阻上端也可连入微型控制器。

VSS（引脚6）：

连入电池负极

NC（引脚7）：

无用引脚

PROG（引脚8）：

起预调节作用，用电阻与VSS相连来测量充放电电流。

EP（引脚9）：

一个电子连接存在于EP和VSS之间。

两点必须在PCB板上的等压处相连。

芯片功能原理图

模式流程图

参考电路

方案三：

CN3052A/CN3052B

简介：

CN3052A/CN3052B是可以对单节锂离子或者锂-聚合物电池进行恒流/恒压充电的充电器电路。

该器件部包括功率晶体管，应用时不需要外部的电流检测电阻和阻流二极管，因此只需要极少的外围元器件，非常适用于便携式应用的领域。

特点：

可以用USB口或交流适配器对单节锂电池充电

片功率晶体管

不需要外部阻流二极管和电流检测电阻

输出电压4.2V，精度可达1%

在电池电压较低时采用小电流的预充电模式

用户可编程的持续充电电流可达500mA

采用恒流/恒压充电模式

电源电压掉电时自动进入低功耗的睡眠模式

状态指示输出可驱动LED或与单片机接口

电池温度监测功能

芯片使能输入端

封装形式SOP8和MSOP8

产品无铅化

应用：

移动

电子词典

数码相机

MP3播放器

蓝牙应用

各种充电器

应用电路：

（充电状态用红色LED指示，充电结束状态用绿色LED指示）

同时应用USB接口和墙上适配器为锂电池充电，当墙上适配器有电时，则使用墙上适配器充电；当墙上适配器没电时，则使用USB接口为锂电池充电。

本应用电路只给出输入电源的连接，其它管脚的连接参照前面的应用电路。

功能框图：

管脚功能描述

TEMP（引脚1）：

电池温度检测输入端。

将TEMP管脚接到电池的NTC传感器的输出端。

如果TEMP管脚的电压小于输入电压的45%或者大于输入电压的80%超过0.15秒，意味着电池温度过低或过高，则充电将被暂停，FAULT管脚被拉到低电平，表示进入电池故障状态。

如果TEMP在输入电压的45%和80%之间超过0.15秒，则电池故障状态将被清除，FAULT管脚为高阻态，充电将继续。

如果将TEMP管脚接到地，电池温度监测功能将被禁止。

ISET（引脚2）：

恒流充电电流设置和充电电流监测端。

从ISET管脚连接一个外部电阻到地端可以对充电电流进行编程。

在预充电阶段，此管脚的电压被调制在0.2V；在恒流充电阶段，此管脚的电压被调制在2V。

在充电状态的所有模式，此管脚的电压都可以根据下面的公式来监测充电电流：

ICH=（VISET×900）／RISET

GND（引脚3）：

电源地

VIN（引脚4）：

输入电压正输入端。

此管脚的电压为部电路的工作电源。

当VIN与BAT管脚的电压差小于40mv时，CN3052A将进入低功耗的睡眠模式，此时BAT管脚的电流小于3uA。

BAT（引脚5）：

电池连接端。

将电池的正端连接到此管脚。

在芯片被禁止工作或者睡眠模式，BAT管脚的电流小于3uA。

BAT管脚向电池提供充电电流和4.2V的调制电压。

FAULT（引脚6）：

漏极开路输出的电池故障状态指示端。

当TEMP管脚的电压低于输入电压VIN的45%或者高于输入电压VIN的80%超过0.15秒时，表示电池温度过低或过高，FAULT被部开关下拉到低电平，指示处于电池故障状态。

除此以外，FAULT管脚将处于高阻态。

CHRG（引脚7）：

漏极开路输出的充电状态指示端。

当充电器向电池充电时，CHRG管脚被部开关拉到低电平，表示充电正在进行；否则CHRG管脚处于高阻态。

CE（引脚8）：

芯片使能输入端。

高输入电平将使CN3052A处于正常工作状态；低输入电平使CN3052A处于被禁止状态。

CE管脚可以被TTL电平或者CMOS电平驱动。

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