锂电池充电保护方案.docx
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锂电池充电保护方案
锂电池充电保护方案
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）：
负电池链接端。
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）内拉起置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。
因为电池内阻处于欧姆的十阶，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：
内部限制
·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。
内连于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）：
一个内电子连接存在于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。
该器件内部包括功率晶体管，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
片内功率晶体管
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：
移动电话
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。
此管脚的电压为内部电路的工作电源。
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被内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管脚被内部开关拉到低电平，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。
。
方案四：
TP40561A线性锂离子电池充电器
应用
·移动电话、PDA
·MP3、MP4播放器
·数码相机
·电子词典
·GPS
·便携式设备、各种充电器
绝对最大额定值
·输入电源电压（VCC）：
-0.3V～8V
·PROG：
-0.3V～VCC+0.3V
·BAT：
-0.3V～7V
·CHRG：
-0.3V～10V
·STDBY：
-0.3V～10V
·TEMP：
-0.3V～10V
·CE：
-0.3V～10V
·BAT短路持续时间：
连续
·BAT引脚电流：
1200mA
·PROG引脚电流：
1200uA
·最大结温：
145℃
·工作环境温度范围：
-40℃～85℃
·贮存温度范围：
-65℃～125℃
·引脚温度（焊接时间10秒）：
260℃
典型应用及原理图
图1：
TP4056应用原理图，适合需要电池温度检测功能，电池温度异常指示
和充电状态指示的应用
引脚功能
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％，意味着电池温度过低或过高，则充电被暂停。
如果TEMP直接接GND，电池温度检测功能取消，其他充电功能正常。
PROG（引脚2）：
恒流充电电流设置和充电电流监测端。
从PROG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0.1V；在恒流充电阶段，此管脚的电压被固定在1V。
在充电状态的所有模式，测量该管脚的电压都可以根据下面的公式来估算充电电流：
GND（引脚3）：
电源地。
Vcc（引脚4）：
输入电压正输入端。
此管脚的电压为内部电路的工作电源。
当Vcc与BAT管脚的电压差小于30mV时，TP4056将进入低功耗的停机模式，此时BAT管脚的电流小于2uA。
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管脚的漏电流小于2uA。
BAT管脚向电池提供充电电流和4.2V的限制电压。
STDBY（引脚6）：
电池充电完成指示端。
当电池充电完成时被内部开关拉到低电平，表示充电完成。
除此之外，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，管脚被内部开关拉到低电平，表示充电正在进行；否则管脚处于高阻态。
CE（引脚8）芯片始能输入端。
高输入电平将使TP4056处于正常工作状态；低输入电平使TP4056处于被禁止充电状态。
CE管脚可以被TTL电平或者CMOS电平驱动。
使用注意事项
1、TP4056采用SOP8/MSOP8-PP封装，使用中需将底部散热片与PCB板焊接良好，底部散热区域需要加通孔,并有大面积铜箔散热为优。
多层PCB加充分过孔对散热有良好的效果，散热效果不佳可能引起充电电流受温度保护而减小。
在SOP8/MSOP8背面散热部分加适当的过孔,也方便了手工焊接，（可以从背面过孔处灌焊锡,将散热面可靠焊接）。
2、TP4056应用在大电流充电（700mA以上），为了缩短充电时间，需增加热耗散电阻（如下图R11、R12），阻值范围0.2～0.5Ω。
客户根据使用情况选取合适电阻大小。
3、TP4056应用中BAT端的10u电容位置以靠近芯片BAT端为优，不宜过远。
4、TP4056测试中，BAT端应直接连接电池，不可串联电流表，电流表可接在Vcc端。
5、为保证各种情况下可靠使用，防止尖峰和毛刺电压引起的芯片损坏，建议在BAT端和电源输入端各接一个0.1u的陶瓷电容，而且在布线时十分靠近TP4056芯片。
DEMO板说明书
TP4056DEMO板电路图
功能演示说明：
（工作环境：
电源电压5V，环境温度25℃。
）
1、设置充电电流。
（用户可以调节电位器选择需要的充电电流
闭合KPR1k
RPROG=1k
1300mA
闭合KPR1.2k
RPROG=1.2k
1000mA
闭合KPR2k
RPROG=2k
600mA
闭合KPR10k
RPROG=10k
130mA
闭合KPR103
RPROG=0.82k－10.5k
120mA－1300mA
2、设置指示灯，红绿双灯指示：
充电状态
指示灯状态
正在充电
红灯亮，绿灯灭
电池充满状态红灯灭，绿灯亮
电池充满状态红灯灭，绿灯亮
欠压，电池温度过高，过低，无电池
等故障状态（TEMP端正常连接）
红灯灭，绿灯灭
BAT端接10u电容，无电池（TEMP端
接地）
绿灯亮，红灯闪烁
3、模拟充电状态
闭合KPR10k,KBAT-C,KBAT-R，KT-GND
BAT端连接一电容C2和一电阻R6代替锂电池，模拟正在充电状态：
红灯亮，绿灯灭。
说明：
此状态模拟仅限电源电压小于等于5V，大于5V时请用锂电池实际测试。
闭合KPR10k,KBAT-C，KT-GND
BAT端连接一电容C2代替锂电池，模拟充电完成状态：
绿灯亮，红灯闪烁。
说明：
由于使用10uF的电容C2代替锂电池模拟充满状态，电容充满后缓慢放电，当电
容电压变低至再充电门限电压4.05V时，自动再次充电，则可看见红灯周期性闪烁。
4、模拟充电末端BAT端电压
闭合KPR10k,KBAT-C,KBAT-R，KT-GND
测量BAT端电压。
即为充电结束时电压4.2V±1.5％。
5、如客户需要监测电池温度，断开KT-GND，连接TP4056的TEMP端（1脚，已预留连接
孔）至锂电池温度监测端，客户根据实际情况自定R9,R10大小并安装。
如不需要此项功能，闭合KT-GND即可。
6、CE始能端。
闭合开关KCE-GND，CE端下拉至低电平，芯片停止充电；打开KCE-GND，芯片正常充电。
7、有的客户在应用中BAT端无锂电池时不希望红色指示灯闪烁，闭合KBATUP，将BAT端用100k电阻连接至Vdd，绿灯亮，可用于指示待机状态，不影响正常充电使用。
8、锂电池充电
将锂电池正极连接至芯片BAT端，负极接地。
需要温度监测功能请连接TEMP端（1脚），否则闭合KT-GND。
设置需要的充电电流和指示灯，断开KBATR，KCE-GND，即可开始充电。
TP4056充电保护板使用细则
实物图
模块特点及参数
输入电压
5V
电压
4.2V±1%
最大充电电流
1000mA
电池过放保护电压
2.5V
电池过流保护电流
3A
板子尺寸
2.6*1.7cm
可用于电压为3.63.7V等18650、聚合物等锂电池的充放电保护，单个或者多个并联同样可以用。
使用方法
1.第一次也如电池时，可能OUT+和OUT-之间无电压输出，这时接入5V电压冲一下电方可激活保护电路，电池从B+和B-上断开再接上的话也需要冲一下电以激活保护电路。
2.当使用手机充电器来做输入时注意充电器必须要能输出1A或以上的电流，否则不能正上充电
3.Micro-USB母座及其旁边的正负焊盘为电源输入端，接入5V电压。
B+节锂电池的正极，B-接锂电池的负极。
OUT+和OUT-接负载，比如接移动升压板的正负极或者是其它负载。
接好电池到B+和B-，插入手机充电器到USB母座，红灯亮为正在充电，绿灯亮为充满。
注意事项
1.充电时应断开OUT极上的负载。
2.测试电流的电流表只能串接在充电板的5V输入端。
3.充电电流最好是电池容量的0.37C，就是容量的0.37倍，比如1000mAH的电池充电电流400这样就够了。
过大充电速度快效果就差，冲完了电池电压掉的就多！
4.充电连接导线不能过细过长。
这样连接电阻大。
太细的话冲完了电池电压掉的就多。
5.与电池连接最好接触良好。
不然冲完了电池电压掉的就多。
6.如果5V的输入电压偏高，比如5.2甚至5.5，会造成充电电流不足1000mA，这是正常的。
电压高了芯片发热会自动减小充电电流，不至芯片烧毁。
芯片在工作中60度左右发热是正常的。
毕竟充电电流大。
7.输入反接对芯片没有影响，但是输出（电池端）反接会烧坏芯片，请买家注意。
方案总结
BP2971电源管理芯片：
该芯片提供过充，过放，过流以及短路监测功能（零电压充电功能根据需要可选）。
芯片适用于笔记本电脑，手机和便携式仪器的电源管理。
其电源管理靠五种功能性模式的转换来完成。
该芯片的优势在于外电路简单，充电时无需断开负载以及监测功能全面。
但需要自加LED灯去指示电池电量以及充放电状态。
同时要满足FET电路的散热。
MCP73831/2
该芯片为线性充电管理芯片，提供高精度的电压，电流管理。
芯片适用于锂电池充电器，USB充电器，手机，相机及其他便携式设备。
该芯片的优势在于可选的监测参数，支持LED指示灯（最多可提供三种颜色来指示模式间的转换）。
相较于BP2971芯片，该芯片还多了温度监测，电池掉落监测和自动复充功能。
CN3052A/B
该芯片为单节锂离子充电管理芯片，可对电池进行恒流，恒压调节。
芯片适用于手机，MP3播放器，电子词典，数码相机以及各种充电器。
该芯提供恒流，恒压电池管理，可用两个LED灯指示充电和充满状态，该状态指示输出可驱动LED或单片机接口。
相较于其他芯片，该芯片还拥有小电流的预充模式和在电源电压掉电时的低功率睡眠模式。
TP4056线性锂离子电池充电模块
该模块为单节锂离子电池充电管理模块，可对充电过程中的过充，过流以及短路进行监测和调节。
该模块适用于手机MP3，数码相机以及其他便携设备和充电器。
该模块优势在于无需外加电路，可直接使用。
并提供可调节的充电电流选择。
但该模块没有模式转换功能且充电时必须断开负载。
型号
BP2971
MCP73831/2
CN3052A/B
TP4056
输入电压
4.5～7V
3.75～6V
4.35～6V
4～8V
电池充电电压
可选
4.2V
变化
-03～7V
管脚电压
VSS-0.3～
-0.3～7.3V
-0.3～6.5V
充电电流
0～500mA
400～600mA
0～500mA
LED指示灯
无
指示模式转换
指示充电和充满两种状态
指示充电和充满两种状态
阀值参数
可选
可调
可调
可调
封装
6引脚DSE
8引脚DFN
5引脚SOT-23
8引脚SOP
8引脚
SOP-PP或MSP-PP
供应商（或制造商）
TEXASINSTRUMENTS
MICROCHIP
深圳恒达亿科技
优信电子
价格
6.19元
3.95
1.3元
1.6元
存货（2016-12-15）
1250
6337
6000
1109
生产讯息
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