电池充电及保护电路

1   1.  Li+电池保护电路     锂离子（Li+）电池虽然具有能量密度高、使用寿命长、无记忆效应、自放电量较低及单节电池电压高等诸多优点,但在使用时需严格注意过压保护、 过放电保护和过流保护,而且对保护电路的精度要求也较高,图1所示电路是利用MAX1666构成的一个完整的Li+ 电池保护器。MAX1666S/V/X可分别为2节/3节/4节Li+电池组提供保护,其中包括：过充电保护、过放电保护、电池失配保护以及过流保护。 过压检测功能还可有效避免电池组中的任何一节电池出现过充电,当电池电压超出设置门限时, , 输出高电平,场效应管Q2、Q3 被断开而终止充电过程, 输出低电平,向电池组控制器发出报警信号。电池最高电压门限 由外部电阻R1、R2确定,其可设置范围为4V～4.4V。    欠压检测电路可用于防止电池出现过放电现象,当检测到电池电压低于所设置门限 时,UVO, , 输出高电平, 保持低电平,开关管Q3、Q1 开路,Q2导通,电池处于涓流充电状态,使电池电压得以恢复。电池低电压检测门限 可通过R3、R4设置,设置范围为2V～3V。     当电池组中任意两节失配时, 、 、U-VO和 均为高电平,相应的开关管Q1～Q3均断开, 为低电平从而向控制器发出中断信号。 适配电压检测门限 可由R5、R6设置。     2. 结构紧凑的Li+电池充电器    锂离子电池（Li+）以其高能量密度和高性能被广泛应用于手机、PDA、笔记本电脑等产品中。图2所示电路是一种结构紧凑的单节 Li+电池充电电路,图中的墙上适配器为6VDC/800mA限流型电压源,MAX1679内置充电终止检测电路和充电过程控制器, 插入电池或给充电器上电都将启动一次充电过程。一次完整的充电过程包括：①初始化充电过程;在该过程中系统以较小的充电电流为电池充电, 以使用率电池电压大于2.5V。如果温度范围超出2.5℃到47.5℃,充电器则处于等待状态。②快充过程;当快充开始后,MAX1679打开外接的P 沟道场效应管,快充电流由外部限流型充电电源决定。一旦系统检测到电池电压达到Li+电池充电终止门限电压时,快充结束。充电终止门限电压由电阻 确定。 ③脉冲充电过程;快充过程结束后,系统进入脉冲充电过程,MAX1679每隔2ms检测一次电池电压,电池电压小于终止门限 时,外部 P沟道场效应管导通,电池电压大于终止门限时,P沟通道场效应管（P1）断开,在脉冲充电过程接近结束时, P沟道场效应管的断开时间远远大于接通时间。     该电路除了具有电池电压检测外,MAX1679还具有超时检测和温度检测功能,这可为电池提供二次保护。需要检测温度时,应在 THERM引脚与BATT-引脚间接一热敏电阻,并将热敏电阻靠近电池安装。当TSEL引脚接BATT+、ADJ或 GND时,所对应的充电限制时间为2.8小时、3.75小时和6.25小时。选择P1时要考虑漏源间的击穿电压、最小导通门限电压、额定电流及功率损耗等参数, 漏源击穿电压至少要高于开路状态下墙上适配器电压的25%。     图2中的LED用于指示充电状态,LED闪烁频率与充电状态的对应关系如表1所列。      3. Nicd电池充电器     镍镉（Nicd）电池是最早应用的可充电电池,其能量密度和重量密度相对较低,但是,由于成本较低, 目前仍在许多产品中被选用,如无绳电话、便携式仪表等。Nicd电池充电终止检测方式一般采用-△V 检测、超时检测、电池温度检测和电池温度上升率检测。在快充方式下,通常选用-△V检测与超时、温度检测相配合的方式。     图3为利用MAX713构成的Nicd电池单机充电器,可充1至16节电池。图中, MAX713内置充电终止检测算法（-△V检测、超时检测、电池温度检测）,快速充电结束后可自动切换到涓流充电,以补充 Nicd电池的自放电。DCIN接墙上适配器的输出,墙上适配器的最低输出电压应高于：2V+（1.9V×电池节数）;最高电压取决于P 沟道MOSFET的击穿电压和输入旁路电容的耐压值。当DCIN低于15V时,MAX713的DRV引脚直接与Q1、Q2连接;DCIN高于15V 时,接入Q3;R4用于为Q1、Q2提供适当的电压摆幅。限流二极管D4扩大了输入电压范围,并为MAX713内部并联稳压源提供固定的8mA 电流,如果墙上适配器提供的输出电压范围较窄,则可以用电阻替代D4。 根据所要求的充电速率和电池容量可算出所要求的充电电流 ,由公式 可确定限流电阻 的大小。改变PGM0～PGM4的接法可设置电池节数和充电限制时间(参考表2、表3)。图3中L1的电感量为220μH,饱和电流为1.5A。该电路对电感值的要求并不严格,电感值越大,电流纹波越小。     为Nicd电池充电时,不完全放电会使电池的镉阳极变为镉氧化物,从而造成电池端电压下降,为消除电池的记忆效应,图 3中虚线框内的预处理电路能够使电池充电前完全放电。如用MAX712替代MAX713,并去掉虚线框内电路,则图3也可用于NiMH电池的充电。