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NMC鋰電池組充放電保護電路
通過鋰電池為電路系統提供3.3V電壓,並具有USB充電和過充維護功能。
USB充電選用TP4056芯片電路完成。 TP4056是一款單節鋰離子電池穩流/穩壓線性充電器。 內部選用 PMOSFET 架構,並結合防反向充電電路,因此無需外部隔離二極管。 熱反饋可以主動調節充電電流,以約束大功率工作或高環境溫度條件下的芯片溫度。 充電電壓穩定在4.2V,充電電流可通過電阻外部設定。 當達到最終充電電壓後充電電流達到設定值的十分之一時,TP4056會主動終止充電週期。
當無輸入電壓時,TP4056主動進入低電流狀態,將電池漏電流降至2uA以下。 TP4056 也可在有電源時置於關斷模式,將電源電流降低至 55uA。 TP4056 的引腳定義如下表所示。
USB充電電路圖如下:
電路分析:Header2為連接端,B+和B_分別接鋰電池的正負極。 TP4的8腳和4056腳接5V的USB供電電壓,3腳接GND,完成芯片的供電和使能。 1腳TEMP接GND,關閉電池溫度監測功能,2腳PROG接電阻R23再接GND,充電電流可按以下公式估算。
5 腳 BAT 為電池提供充電電流和 4.2V 充電電壓。 指示燈D4、D5處於上拉狀態,表示充電完成,正在充電。 當連接芯片管腳為低電平時會亮起。 在電池充電期間,引腳 6 STDBY 始終處於高阻抗狀態。 此時,D4 關閉。 充電完成後,由內部開關下拉至低電平。 此時D4亮,表示充電完成。 反之,在電池充電項目中,7腳導通時CHRG時鐘為低電平,此時D5導通,表示正在充電。 充電完成後,處於高阻狀態,此時D5截止。
鋰電池過充過放維護電路選用DW01芯片,配合MOS管8205A完成。 DW01是一款帶有高精度電壓監測和延時電路的鋰電池維護電路芯片。 DW01 芯片的引腳定義如下表所示。
8205A是共漏N溝道增強型功率場效應管,適用於電池維護或低壓開關電路。 芯片內部結構如下圖所示。
鋰電池充電與維護電路如下圖所示。
電路分析:Header3為撥動開關,控制是否使用鋰電池供電。
鋰電池正常工作:當鋰電池在2.5V~4.3V之間時,DW1的3、01腳均輸出高電平,2腳電壓為0V。 根據8205A的原理圖,DW1的3、01腳分別與5A的4、8205腳相連。 可以看出兩個MOS管都處於導通狀態。 此時鋰電池負極接單片機電路的電源地P_,鋰電池正常。 供電。
過充維護控制:當鋰電池通過TP4056電路充電時,鋰電池電量會隨著充電時間的增加而增加。 當鋰電池電壓升到4.4V時,DW01認為鋰電池電壓已經處於過充狀態,立即操縱3腳輸出0V,8205A芯片G1無電壓,導致MOS管停止。 此時鋰電池B_未連接到單片機的電路電源P_,即鋰電池充電電路被阻斷,停止充電。 過充控制開關管雖然關斷,但其內部二極管的方向與放電電路的方向相同,所以當在P+和P_之間接一個放電負載時,仍然可以放電。 當鋰電池電壓低於4.3V時,DW01停止過充維護狀態。 此時,鋰電池B_與單片機電路的電源P_相連,再次進行正常的充放電。
過放維護控制:當鋰電池帶外部負載放電時,鋰電池電壓會緩慢下降。 DW01通過R26電阻檢測鋰電池電壓。 當電壓降到2.3V時,DW01認為鋰電池電壓已經處於過放電壓狀態,立即操縱管腳1輸出0V,8205A芯片G2無電壓導致MOS管停止。 此時鋰電池B_未與單片機電路電源P_相連,即鋰電池放電電路被阻斷,停止放電。 接TP4056電路充電時,DW01通過B_檢測到充電電壓後,控制1腳輸出高電平。 此時,鋰電池B_與單片機電路的電源P_相連,重新進行正常充放電。