新型锂离子电池完全充电的电路

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新型锂离子电池完全充电的电路

  以前,许多制造商生产了各种各样的、相当标准的锂离子电池产品,它们的最大充电电压为4.2 V ±1%。因此,现有的大多数为锂离子电池充电的IC均被设计为以4.2V±1%的严格容差进行充电。

  然而,在过去的几年中,新一代锂离子电池技术已经进入市场。它们提供较高的功率密度,接受比先前几代电池更大的充放电率,并且依据制造商的不同,它们均配备不同的充电端电压。这种设计思路要修改一种标准的、高端IC充电器的应用电路,从而提供不同的端电压以及较高的充电电流率,与此同时,维持所有充电器的原始功能。

  在这种情形下,待充电电池的型号就是由A123系统公司制造的ANR26650m1。它接受工作与3A(1.3C)的标准充电模式,并能够以10A(4.34C)和3.6V的充电端电压进行快速充电。因此,它代表端电压在4.2V至3.6V范围的、新的电池类型。图1所示电路对(原先)给1至4节锂电池充电而设计的IC(MAX1737)的应用电路进行了修改。通过加入微功耗的双运放(MAX4163)以及一些电阻,这个修改让你能够给3.6V的电池充电。


                    

  图1:图中所示的双运算放大器以及相关外围元器件使这个锂离子电池充电器能够接受新型的、较高电压的锂离子电池。

  此外,修改改变了电流感测电阻值(RCS),因此,增加在标准充电(3A)中对A123电池所接受的充电电流的限制。所示出的功率元器件N1、N2、D1、D4和L1适合于高达3A的充电电流。

  对高于3A的电流,外部开关N1-N2应该被额定为具有较高的漏电流,但是,具有类似的漏电压。它们不应该产生比MAX1737数据表中所推荐的数值更大的总开关电流。如果充电电流超过3A,二极管D1和D4的最大额定电流也要增加。

  MAX1737充电器被内部设置为以4.2 V ±0.8%的容差、从恒流模式(CC)切换至恒压模式(CV)。双运放MAX4163经配置以修改那个门限。运放A2被连接成具有1.16增益的正相放大器,因此,当其输入为3.6V时,产生4.2V的输出。运放A2的输出连接至充电器的BATT端(通常被用来感测电池电压),因此,充电器现在以3.6V的电池电压从CC切换至CV。

  运放A2的输入连接至待充电电池的正端。如果与运放A2相关的电阻具有1%的容差,那么,端电压的误差就是3.62 V -1.1%/+1.2%。在采用更小容差电阻的情况下,这一误差能够逼近充电器的误差(0.8%)。利用充电器的Vadj功能(引脚8),你还能够获得更高的精度。

  运放A1被配置为具有增益为1的差分放大器,其参考电压(假设当差分输入电压为零时的输出电压)是A2的输出。A1的输出连接至充电器的CS端。(IC把充电电流感测为BATT与CS之间的电压差。)当Rcs两端的电压降为零时,BATT与CS之间的电压差也为零。A1的差分输入连接在Rcs两端,所以,它两端的电压?因IC需要?被增益为1的电路所复制,作为BATT与CS两端之间的电压差。通过把ISETOUT端设置为VREF的一半,电池充电至3.6V/每节电池的恒压,在A1输出上以0.100 V/RCSΩ传递充电电流。

  充电器感测输入的这些修改会影响其它参数,其中一个就是容许开始满充电的电压(当未修改时,该充电器为2.5V/每节电池)。采用跟施加于CC/CV切换电压一样的因子,放大器A2调低这一电压(至2.14V)。当被连接的电池电压小于2.14V时,充电器进入预先质量评测模式,在此,它以1/10的IOUT设置进行充电,直至电压上升至高于2.14V。它然后才适合于满充电率。

  双运放的最大供电电压把这一电路能够充电的电池最大节数限制为两节。图2显示了利用对图1电路进行修改之后获得的电压-电流曲线。


                         

          图2:图1的电路的充电电流与电池电压的比较。

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