LiNi电池充电器方案

一、对于充电电池的认识：分为镍电（NI-MH）和锂电(Li/Li-Poly)。镍电通常为每节电池的标称电压为1.2V，充满后会达到1.5V。锂电电压通常为3.7V，充满电电压为4.1V至4.2V之间，通常我们购买的和手机里面的锂电池都是标称的3.7V。锂电池电压与剩余容量的关系：电压:4.16-4.22V涓流补充:100%电压:4.15v剩余容量:99%电压:4.14v剩余容量:97%电压:4.12v剩余容量:95%电压:4.10v剩余容量:92%电压:4.08v剩余容量:90%电压:4.05v剩余容量:87%电压:4.03v剩余容量:85%电压:3.97v剩余容量:80%电压:3.93v剩余容量:75%电压:3.90v剩余容量:70%电压:3.87v剩余容量:65%电压:3.84v剩余容量:60%电压:3.81v剩余容量:55%电压:3.79v剩余容量:50%电压:3.77v剩余容量:45%电压:3.76v剩余容量:42%电压:3.76V（持久电压点）电压:3.76v剩余容量:40%电压:3.74v剩余容量:35%电压:3.73v剩余容量:30%电压:3.72v剩余容量:25%电压:3.71v剩余容量:20%电压:3.71V（持久电压点）电压:3.69v剩余容量:15%电压:3.66v剩余容量:12%电压:3.65v剩余容量:10%电压:3.64v剩余容量:8%电压:3.63v剩余容量:5%电压:3.61v剩余容量:3%电压:3.59v剩余容量:1%电压:3.58v剩余容量:关机一般手机MP4等设置在此关机。电池输出电流不足，减小很多。电压:3.55v剩余容量:-2%电压:3.50v剩余容量:-5%有电压但电流减小电压:3.42v剩余容量:-8%电压:3.3v剩余容量:-10%影响容量了电压:3.0v剩余容量:-12%电压:2.7v剩余容量:-13%电池快要报废了，容量大打折扣！！！此剩余容量为正比，不是绝对的，只是最低忍耐点为0，如果小于0，放电为负数，电池可能完全放光没电，那样电池就废了。如放到负数-5%—-8%，基本到了极限了，放到最低电压:3.2—2.7v，电池再充电电流很小很慢影响很大的。二、锂电充电方案：方案1：MAX1811：优点：是专门的USB接口单节锂电池充电控制器，无须微处理器控制，最大充电电压可由引脚设置为4.1V或4.2V，最大误差为0.5%，一旦达到最大充电电压时，充电电流就急剧减少，并维持最高充电电压不变。使用SO-8封装，有一个开漏引脚信号的充电状态结束（可连上LED显示）。支持的外部输入USB电压为4.35-6.5V，可以通过硬件配置为100mA和500mA输出，符合USB规范。在高输入电压(5.5V)和低电池电压(2.7V)时，MAX1811的热循环可能会限制充电，直到电池电压上升电流。缺点：支持输入电压范围小，除了USB电源，要么就只能用5V电源适配器。方案2：MAX1551/1555:优点：USB单节锂电池充电芯片,为5引脚薄型SOT23封装,允许USB接口或者墙壁AC适配器3.7V～7V范围的电压输入.芯片内部还具有温度限制电路.对于这个电路,当连接到USB口、但无墙壁AC适配器的DC电源时,充电电流被设定为100mA(最大值).这样在不需要端口通信的情况下,就允许从供电的或未供电的USB口充电.当DC电源接通后,充电电流被设定为280mA(典型值),同时USB接口的输入自动被切断.如果两个输入端都无电压输入,电路则自动截止,这时电池的反向漏电流小于5uA,无需外加二极管来防止电池漏电而发生损耗。当电池电压低于3V时,会进入充电电流被限定为40mA的预充电模式(涓流充电状态),只有当电池被充到3V以上时才进入正常的充电模式(100mA或280mA).这样的模式保护了深度放电的电池。另外,对于MAX1551“,/POK”用于指示输入电源是否接通(输入电压3.95V时输出低电平);而对于MAX1555“,/CHG”用于指示充电状态(当充电电流大于50mA时输出低电平).缺点:充电电流被固定在100mA或280mA左右,特别是在USB接口供电时,只能是100mA的充电电流对于容量较大电池来说,需要花费相当长的充电时间.另外一个缺点是没有充电定时功能,充电的结束与否不能进行人为控制。感觉这个完全可以用MAX1811替代。方案3：MAX8895：判断如何使用所提供的输入电源，与系统评估电源无关。充电器自动确定适配器类型，能够区分以下类型：1.DCP：500mA至1.5A2.CDP(主机或集线器)：高速充电时达到900mA(啁啾期间为580mA)；低速和快速为1.5A3.低功率SDP(主机或集线器)：100mA4.大功率SDP(主机或集线器)：500mA所提供的电流支持电池充电或系统供电，或在它们之间进行分配。如果在长达10ms内未检测到总线流量，内置挂起定时器自动触发挂起。除了自动优化来自USB及适配器电源的电流外，MAX8895还巧妙处理适配器、USB供电和电池供电之间的转换；允许系统在必要时利用所有能够利用的输入电源(图3)。施加电源时，电池耗尽或没有电池同样可以保持工作。类似更高级的还有：MAX14578，MAX8844，MAX8934，MAX8903，MAX8900这些都是可以通过MCU编程来进行控制的。三、Ni-MH充电：常采用DS2712或者DS2710DS2710：通过USB为NiMH电池充电USB供电的单节NiMH电池开关模式充电器便携设备由一节AA型NiMH电池供电，利用USB充电。DS2710充电器开关频率大约为150kHz，电池充电电流为1.1A(典型AA型NiMH电池在大约0.5°C条件下)。由于降压转换器将5V、500mA转换成电池充电时的1.5V、1.1A，电路供给电池的电流(1.1A)大于从USB接口获得的电流(500mA)。需要注意的是，由于在低充电速率下不能正确判断充电终止，只能采用500mA或更大功率的端口进行充电。所以，当枚举确定只有100mA电流可用时，不应激活充电。系统通过关闭TMR上的Q2，使定时器电阻悬空，停止充电。该充电器另外一项特别有用的功能是：通过检测电池阻抗确定接入的是否为碱性电池或故障电池，检测到这种状况时将禁止充电。这就允许用户在紧急情况下插入碱性电池，无需担心意外充电。DS2712：下图所示电路是用于单节NiMH电池充电的开关模式降压型调节器。它采用DS2712充电控制器调节充电电流和终止充电。充电控制器监视温度、电池电压和电池电流。如果温度超过+45°C或者低于0°C，控制器不会对电池充电。USB端口对单节NiMH电池快速充电的原理图。如上图所示，Q1是降压型充电器的开关功率晶体管；L1是滤波电感；D1是续流或整流二极管。输入电容C1为10µF、超低ESR的陶瓷滤波电容。用钽电容或者其它电解电容替代C1会使充电器的性能降低。R7是电流调节器检测放大器的检流电阻。DS2712的基准电压为0.125V，并具有24mV滞回。通过CSOUT提供闭环、开关模式电流控制。充电控制引脚CC1将Q2的栅极拉低时，使能Q1的栅极驱动。Q1和Q2均为低Vt(栅-源门限电压)的pMOSFET。CC1和CSOUT均为低电平时，Q2的漏-源电压将稍大于Vt。该电压以及CSOUT的正向压降构成了Q1的栅极开关电压。CC1为低电平时，启动电流闭环控制。图8所示为启动开关时的波形。上方波形是0.125Ω(检流电阻两端的电压，下方波形是Q1漏极至GND的电压。开始时，当Q1打开(CC1和CSOUT均为低电平)时，电感电流向上爬升。当电流增大到使检流电阻两端的电压达到0.125V时，CSOUT变为高电平，开关关断。此后，电感电流开始下降，直到检流电阻两端的电压达到约0.1V，CSOUT又变为低电平。只要CC1为低电平，该过程将一直持续。USBNiMH充电器的启动波形。DS2712的内部状态机控制着CC1的工作。充电开始时，DS2712先对电池进行状态测试，以确保电池电压在1.0V至1.65V之间，并确认温度在0°C至+45°C之间。如果电压低于1.0V，DS2712将以0.125的占空比拉低CC1，对电池缓慢充电，以防损坏电池。一旦电池电压超过1.0V后，状态机转为快充模式。快充时占空比为31/32，即大约97%。“跳过”的间隙内进行电池阻抗测试，以确保不会对错误放入充电器的高阻抗电池(例如碱性电池)进行充电。检测到-2mV的-ΔV后，快充结束。如果未检测到-ΔV，将持续快充，直到快充定时器超时，或检测到过温或者过压故障状态(包括阻抗不合格)为止。快充完成(由于-ΔV或快充定时器超时)后，DS2712进入定时补足充电模式，占空比为12.5%，持续时间为所设快充定时的一半。补足充电完成后，充电器进入维持模式，占空比为1/64，直到电池被拿走或重新上电。采用图上所示充电器和大功率USB端口对2100mAhNiMH电池充电时，快充时间为2小时多一点，大约3个小时完成包括补足充电在内的全部充电过程。从端口吸取的电流为420mA。如果需要与主机进行枚举过程，并需要大电流使能操作，可在R9和地之间串联一个开漏极nMOSFET。如果MOSFET关断，则TMR浮空，DS2712进入挂起状态。四、想要申请的芯片：ForLi/Li-Poly:MAX1811，MAX8895，MAX14578，MAX8844，MAX8934，MAX8903，MAX8900ForNi-MH：DS2712，DS2710.注：红色标注的是目前需要的。五、问题：因为锂电池充满后最高也只有4.1V、4.2V左右，如果采用平常所使用的LM1117-3.3V一类的稳压芯片，不知道是否能稳压至3.3V，按LM1117的DataSheet所说(VIN-VOUT)=1.5V。暂时想到有两种解决方案：（1）先将锂电池电压升压至5V，再稳压至3.3V。参考MAXIX解决方案，例如：MAX1811采用USB电源以USB兼容的100mA或500mA速率为锂离子(Li+)电池充电。电池电压经由MAX1797升压，产生5V电源。5V电源再经过MAX1837降压，产生3.3V电源。该电路具有低电池电压关断功能，以保护Li+电池，并方便地为LED充电。下图所示电路采用通用串行总线(USB)端口供电，端口能够在电源为Li+电池充电时，维持正常的通信。IC2将电池电压(VBATT)升压至5V，IC3将5V输出降压至3.3V。在通过USB端口提供电源时，本电路能够为便携式设备产生+5V和+3.3V电源。注：如果采取该方案，还要申请样片MAX1797和MAX1837。（2）采用更好的低压差线性稳压器，例如AS1364,、HT7133/7333、XC6206、TPS7333….