3.7V鋰電池充放電電路改造方案

本篇為小型電源的實踐日志，內(nèi)附各種充電應用電路，并開源TP4056應用電路AD的原理圖和PCB;

先放一點鋰電池常識性的知識：

鋰電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。

1912年鋰金屬電池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世紀70年代時，M. S. Whittingham提出并開始研究鋰離子電池。由于鋰金屬的化學特性非常活潑，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對環(huán)境要求非常高。隨著科學技術的發(fā)展，現(xiàn)在鋰電池已經(jīng)成為了主流。

鋰電池大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池;鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰，并且是可以充電的;可充電電池的第五代產(chǎn)品鋰金屬電池在1996年誕生，其安全性、比容量、自放電率和性能價格比均優(yōu)于鋰離子電池。由于其自身的高技術要求限制，現(xiàn)在只有少數(shù)幾個國家的公司在生產(chǎn)這種鋰金屬電池。

鋰電池標3.7V或4.2V，是一回事。只是生產(chǎn)廠商標注的不一樣而己。3.7V指電池使用過程中放電的平臺電壓，而4.2伏指的是充電滿電時的電壓。常見的可充18650鋰電池，電壓都是標3.6或者3.7v,充滿電的時候是4.2v，這跟電量(容量)關系不大，18650電池從1200mah到4000mah，3.7V是指電池電用完時的最低電壓。

一般認為將鋰電池的空載電壓放到3.7V就認為電用完了，鋰電池放電不能將空載電壓放到3.7V以下的，否則會損害電池，4.2V是電池充電的最高限制電壓,一般認為將鋰電池的空載電壓充到4.2V就認為電充滿了，電池充電過程中,電池的電壓在3.7V逐漸上升到4.2V，鋰電池充電不能將空載電壓充到4.2V以上的，否則也會損害電池。

引言

家里的手電筒壞了，充電電池報廢，太陽能電池板報廢，LED燈跟瞎子一樣，拆開后電路簡陋，而且充電匹配的插頭不常見。

于是乎就萌生一種改造的想法，改造方案如下：

棒狀電池換成大容量3.7V扁平狀鋰電池;

優(yōu)化電路，換成具有現(xiàn)代感的充電保護電路，而不是老式的刻蝕電路;

LED燈換為5W的大功率LED;

充電口換為Micro-USB;

太陽能電池不實用，開學后我們寢室背光，曬個屁，拆掉不用;

充電口，LED，鋰電池什么的沒有什么好說的，著重說一下充電電路方案;

電路方案與實現(xiàn)：

在網(wǎng)上搜了一下，充電保護電路種類繁多，有只充電保護的，還有充電放電保護一體的，還有同步升壓的，礙于成本和使用情況，就僅僅選擇了充電保護電路;

充電保護電路大概分為，電源管理芯片加附屬電路和純模擬電路搭建，當然了，對于我這個小白肯定是用電源管理芯片了，下面我說一下有關的電源管理芯片;

PJ4054

PJ4054 是一款完整的單節(jié)鋰離子電池采用恒定電流/恒定電壓線性充電器。其SOT封裝與較少的外部元件數(shù)目使得TP4054成為便攜式應用的理想選擇。PJ4054 可以適合USB 電源和適配器電源工作。由于采用了內(nèi)部PMOSFET 架構，加上防倒充電路，所以不需要外部檢測電阻器和隔離二極管。熱反饋可對充電電流進行調(diào)節(jié)，以便在大功率操作或高環(huán)境溫度條件下對芯片溫度加以限制。充電電壓固定4.2V，而充電電流可通過一個電阻器進行外部設置。當充電電流在達到最終浮充電壓之后降至設定值 1/10 時，PJ4054 將自動終止充電循環(huán)。當輸入電壓 (交流適配器或USB 電源)被拿掉時，PJ4054 自動進入一個低電流狀態(tài)，將電池漏電流降至2uA 以下。也可將PJ4054 置于停機模式，以而將供電電流降至45uA。PJ4054 的其他特點包括充電電流監(jiān)控器、欠壓閉鎖、自動再充電和一個用于指示充電結束和輸入電壓接入的狀態(tài)引腳。

特點

·500mA 的可編程充電電流;

·無需MOSFET、檢測電阻器或隔離二極管;

·用于單節(jié)鋰離子電池、采用SOT23-5 封裝的完整線性充電器;

·恒定電流/恒定電壓操作，并具有可在無過熱危險的情況下實現(xiàn)充電速率最大化的熱調(diào)節(jié)功能;

·直接從USB 端口給單節(jié)鋰離子電池充電;

·精度達到±1%的 4.2V 預設充電電壓;

·用于電池電量檢測的充電電流監(jiān)控器輸出;

·自動再充電;

·充電狀態(tài)輸出引腳;

·C/10 充電終止;

·待機模式下的供電電流為45uA;

·2.9V涓流充電器件版本;

·軟啟動限制了浪涌電流;

·采用5 引腳SOT-23 封裝;

·輸入電源電壓(Vcc)：-0.3V～10V

·PROG：-0.3V～Vcc +0.3V

·BAT：-0.3V～7V

·CHRG：-0.3V～10V

·BAT 短路持續(xù)時間：連續(xù)

·BAT 引腳電流：800mA

·PROG 引腳電流：800uA

·最大結溫：145℃

·工作環(huán)境溫度范圍：-40℃～85℃

·貯存溫度范圍：-65℃～125℃

·引腳溫度(焊接時間10 秒)：260℃

經(jīng)典應用電路如下:

CN3052

高性能的線性鋰電池充電管理芯片CN3052A/CN3052B/CN3056，這些器件內(nèi)部集成有功率管，不需要外部的電流檢測電阻和阻流二極管，只需要極少的外圍元器件，并且符合USB總線技術規(guī)范，可以通過USB端口為鋰電池充電，因此非常適用于各種充電器及MP4播放器、藍牙耳機、數(shù)碼相機等便攜式產(chǎn)品; 電源低電壓檢測(UVLO)CN3052A/CN3052B/CN3056內(nèi)部有電源電壓檢測電路，當電源電壓低于電源電壓過低閾值(典型值4.03V)時，芯片處于關斷狀態(tài)，充電也被禁止。

睡眠模式CN3052A/CN3052B/CN3056內(nèi)部有睡眠狀態(tài)比較器，當輸入電壓VIN小于電池端電壓+40mV時，充電器處于睡眠模式;只有當輸入電壓VIN上升到電池端電壓90mV以上時，充電器才能離開睡眠模式，進入正常工作狀態(tài)。

預充電狀態(tài)在充電周期的開始，如果電池電壓低于3V，充電器處于預充電狀態(tài)，充電器以恒流充電模式充電電流的10%對電池進行充電。

SL1053

線性鋰電池芯片SL1053，SL1053是一款專門為高精度的線性鋰電池充電器而設計的電路，非常適合那些低成本、便攜式充電器使用; 線性鋰電池充電芯片SL1053是集高精度預充電、恒定電流充電、恒定電壓充電、電池狀態(tài)檢測、溫度監(jiān)控、充電結束低泄漏、充電狀態(tài)指示等性能于一身，可以廣泛地使用于PDA、移動電話、手持設備等領域。

SL1053通過檢測電池電壓來決定其充電狀態(tài)：預充電、恒流充電、恒壓充電。當電池電壓小于閾值電壓VO(MIN)時，處于預充電狀態(tài)，以較小的電流對電池進行充電，預充電的電流可以通過外部電阻進行調(diào)整。預充電使電池電壓達到VO(MIN)后，進入恒定電流充電的快速充電狀態(tài)，充電電流可以通過外圍電阻調(diào)整，恒定電流充電使電池電壓上升到恒定電壓充電電壓VO(REG)(一般為4.2V)。然后進入恒定電壓充電狀態(tài)，充電電壓的精度優(yōu)于±1%，在該狀態(tài)下，充電電流將逐漸減小，當充電電流小于閾值后，充電結束。

充電結束后，將始終對電池電壓進行監(jiān)控，當電池電壓小于閾值VO(RCH)時，對電池進行再充電，進入下一個充電周期。為了安全起見，在整個充電過程中，SL1053利用電池內(nèi)部的熱敏電阻和適當?shù)耐鈬娮鑼﹄姵氐臏囟冗M行監(jiān)控，可以使電池的溫度控制在用戶設置的范圍內(nèi)。

TP4056

TP4056是一款完整的單節(jié)鋰離子電池采用恒定電流/恒定電壓線性充電器。其底部帶有散熱片的SOP8封裝與較少的外部元件數(shù)目使得TP4056成為便攜式應用的理想選擇。TP4056可以適合USB電源和適配器電源工作。由于采用了內(nèi)部PMOSFET架構，加上防倒充電路，所以不需要外部隔離二極管。熱反饋可對充電電流進行自動調(diào)節(jié)，以便在大功率操作或高環(huán)境溫度條件下對芯片溫度加以限制。充電電壓固定于4.2V，而充電電流可通過一個電阻器進行外部設置。當充電電流在達到最終浮充電壓之后降至設定值1/10時，TP4056將自動終止充電循環(huán)。

CS0301

CS0301是一款高精度智能型電池充電管理芯片，具有功能全、價格低、集成度高，外部電路簡單，調(diào)節(jié)方便。

該芯片采用PWM脈寬調(diào)制方式充電，有涓流、恒流、恒壓三種充電模式，內(nèi)置高精度采樣電路，電壓判斷精度高，充電飽和度高，具有多種故障保護功能，逆向漏電流小，與不同的外電路配合，可完全滿足鋰離子或鋰聚合物電池的充電要求。

該芯片是通過檢測電池電壓狀態(tài)來決定充電狀態(tài)的。當電池電壓低于預充電電壓時，芯片自動進行預充電;當電池電壓高于預充電電壓而低于恒壓充電電流時，芯片開始對電池進行恒流充電，充電電流外部可調(diào);當電池電壓上升到恒壓充電電壓以上的時候，芯片自動進入恒壓充電;當充電電流小于充飽電流時，充電結束。當電池充電端口短路時，芯片減小充電電流，進行短路保護;在充電過程中，芯片通過電池內(nèi)部的熱敏電阻，對充電溫度進行控制，當電池溫度高于設定的溫度時，停止充電;當電壓恢復到溫度內(nèi)，繼續(xù)進行充電。

方案選擇與實現(xiàn)

上面如此多的電源管理IC，其實多多少少都可以使用，只是成本和穩(wěn)定性來說，我選擇了TP4056，它還有個兄弟TP4057跟它的硬指標相似，但是4056的應用電路有充電指示的功能，而且橫向?qū)Ρ认拢琓P4056的應用最為廣泛，網(wǎng)上的例子和教程也最多，基于穩(wěn)定的前提下，TP4056的效果最好。

TP4056有很多種應用電路，我采用的是：

下面是原理圖和PCB：

幾天后。。。。。。。。。。。。。。

自己設計的模塊和某寶商家廣州xx電子公司有一款模塊幾乎一致，這個方案可以自己做板子，也可以買現(xiàn)成的模塊，才一塊錢，順便買了一個5W的LED自然光燈，這幾天快遞終于到了。

又從其他地方拆下來一塊3.7V,1000mAh的鋰電池;

以下是實際測量數(shù)據(jù)：

滿電充電電壓4.2V;

最低放電電壓2.7V;

充電電流平均為890mA;

　　審核編輯：湯梓紅