淺談小電流充電器可為USB-單節(jié)電池系統(tǒng)提供備份

引言

本方案為低功耗應(yīng)用解決了一個(gè)非常特殊的電池備份問(wèn)題。當(dāng)12VDC電源中斷時(shí)，用戶需要一個(gè)集成方案，為備份電池提供充電和電源切換。當(dāng)電壓下降至3.0V時(shí)，尤其需要一個(gè)斷開(kāi)電池的途徑，這里不考慮電量計(jì)管理問(wèn)題。

應(yīng)該說(shuō)市場(chǎng)上有大量方案可以解決負(fù)載供電和充電問(wèn)題。然而，這里討論的設(shè)計(jì)非常容易實(shí)現(xiàn)，而且可以獨(dú)立工作，無(wú)需微控制器，設(shè)計(jì)靈活、成本低。該方案采用模擬電路實(shí)現(xiàn)，無(wú)需編程。占用非常小的PCB面積，可滿足空間受限應(yīng)用的要求。

該設(shè)計(jì)的靈感來(lái)源于射頻（RF）系統(tǒng)。實(shí)際上，該電路對(duì)于任何低功耗移動(dòng)裝置（例如，定期發(fā)射無(wú)線信號(hào)的裝置）非常有用。大多數(shù)USB充電器支持4V-7V供電，高于7V的輸入可能損壞電路。本設(shè)計(jì)在輸入電壓低于7V時(shí)工作，可承受高達(dá)28V的輸入電壓，支持USB供電。電路利用USB電源對(duì)單節(jié)鋰離子（Li+）電池充電，同時(shí)為低功耗設(shè)備提供備份電源。

設(shè)計(jì)指標(biāo)

該設(shè)計(jì)假設(shè)利用12VDC電源進(jìn)行充電。電路（圖1）包括單節(jié)電池線性充電器，通過(guò)直流電源為單節(jié)Li+電池充電。電源在為單節(jié)電池充電的同時(shí)提供負(fù)載供電，電路采用電阻限流。最大電流通過(guò)電阻設(shè)置（-20°C至+50°C時(shí)為50mA，-40°C至+85°C時(shí)為10mA），電流優(yōu)先用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載。當(dāng)負(fù)載不需要滿載電流時(shí)（400mA），剩余電流用于為電池充電。沒(méi)有直流電源供電，電池電壓降至用戶規(guī)定電平時(shí)，電壓監(jiān)測(cè)器可以控制超低電阻開(kāi)關(guān)，將電池從負(fù)載斷開(kāi)。該操作可避免電池深度放電。


圖1

U1 （MAX8814）為線性Li+電池充電器，支持4.25V至7V供電，覆蓋USB供電范圍。U1輸入可承受高達(dá)28V耐壓，但當(dāng)直流電源超過(guò)7V時(shí)禁止U1輸出。U1的充電電壓在出廠時(shí)設(shè)置為固定4.2V.最大充電電流可由用戶調(diào)節(jié)：ICHARGE = 1596V/ RSET.RSET為2.8kΩ時(shí)，最大充電電流為570mA.U2 （MAX9646）低功耗比較器內(nèi)部集成0.2V基準(zhǔn)，基準(zhǔn)電壓連接至同相輸入端用于監(jiān)測(cè)電池電壓，提供推挽輸出，VTRIP為0.2V×（R1 + R2）/R2.R1 = 82.5kΩ及R2 = 5kΩ時(shí)，觸發(fā)電壓為3.5V.當(dāng)電池電壓下降至3.5V時(shí)，U2輸出控制關(guān)斷0.01Ω電池開(kāi)關(guān)U3 （MAX14680），將電池從負(fù)載斷開(kāi)。

U1封裝大小為2mm x 2mm，U2封裝為1mm x 1mm，U3為1.3mm x 1.7mm，所以電路非常節(jié)省空間，只需要5個(gè)外部元件。