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基于CN3705和LM2596的锂电池充放电电路设计方案

基于CN3705和LM2596的锂电池充放电电路设计方案

目前,消费电子产品越来越多,如智能手机、平板电脑、PSP游戏机等电子产品,给人们的生活工作娱乐都提供了极大的方便。然而,这些电子产品都有一个共性的缺点就是自身锂电池的容量有限,经常因为没电了,导致我们的电子产品无法使用。为了解决给电子产品续航问题,设计了这款集锂电池充电和放电一体的电路。如图1所示。系统分为三个部分,CN3705锂电池充电电路,12V锂电池,LM2596锂电池放电电路。



1基于CN3705的锂电池充电电路
1.1CN3705芯片简介
CN3705为降压模式锂电池充电芯片,具有恒流恒压充电方式。对于深度放电的电池,当电池电压低于设定的恒压充电电压的66.7%时,CN3705采用恒流充电电流的15%对锂电池涓流充电。在恒压充电阶段,充电电流逐渐减小,当充电电流降低到外部电阻设定的值时,充电结束。芯片输入电压在12V到28V之间,最大工作频率为300kHz,输出最大电流为5。

1.2基于CN3705的设计电路



图2为CN3705构成的锂电池充电电路,电路结构为buck降压拓扑结构。输入电压在14V到28V之间,电路PWM开关频率为300kHz,最大输出电流为1.2A,最大输出电压为12.6V。适合给3节串联3.7V标准锂电池充电。

图2中,P沟道MOS管Q1、肖特基D2、电感L1以及电解电容C1构成经典的buck降压充电电路。Q1的选择要综合考虑转换效率、MOS管的功耗和最高温度。还要考虑的因素包括导通电阻Rds(on),栅极总电荷Qg,输入电压和最大充电电流。MOS管损耗功率计算公式如下所示:



1.3电感的选着和计算
在正常工作时,瞬态电感电流是周期性变化的。在MOS管导通期间,输入电压对电感充电,电感电流增加;在MOS管关断期间,电感向电池放电,电感电流减小。电感的纹波电流随着电感值的减小而增大,随着输入电压的增大而增大。有如下经验公式:



1.4工作方式
1.4.1恒压充电
如图2所示,电池端的电压通过电阻R2和R4构成的电阻分压网络反馈到FB管脚,CN3705根据FB管脚的电压决定充电状态。当FB管脚的电压接近2.416V时,充电器进入恒压充电状态。在恒压充电状态,充电电流逐渐下降,电池电压保持不变。恒压充电状态电池端对应的的电压为:



其中,Ib是FB管脚的偏置电流,其典型值为50nA。由于电阻R2和R4会从电池消耗一定的电流,在选取R2和R4的电阻值时,应首先根据所允许的消耗的电流选取R2R4的值,然后再根据上式分别计算R2和R4的值。这里R2和R4分别取值为510KΩ和120kΩ,得充电电压为Vbat=12.71V

1.4.2恒流充电



1.4.3涓流充电
在充电状态,如果电池电压低于所设置的恒压充电电压的66.7%,即电池电压为8.47V,充电器进入涓流充电模式,此时充电电流为所设置的恒流充电电流的15%,即电流为0.15A。

1.4.4充电结束
在恒压充电模式,充电电流逐渐减小当充电电流减小到EOC管脚的电阻所设置的电流时,充电结束。充电结束电流由下式决定:



R5为是从EOC管脚到地之间连接的电阻,单位为欧姆。设定充电结束电流为0.1A时,计算出R5=1.3kΩ。

1.4.5自动再充电
充电结束以后,如果输入电源和电池仍然连接在充电器上,由于电池自放电或者负载的原因,电池电压逐渐下降,当电池电压降低到所设置的恒压充电电压的91.1%时(即电压为11.58V),将开始新的充电周期,这样可以保证电池的饱满度在80%以上。

1.4.6温度监控
为了监测电池的温度,采用负热敏电阻NTC(如图2电路所示)紧贴电池。当电池的温度超出可以接受的范围时,充电将被暂时停止,直到电池温度回复到正常范围内。

锂电池的充电工作温度在0到45间,这里选取的负热敏电阻,满足在25时应该为10kΩ,在上限温度点时其电阻值应该大约为3.5kΩ(约对应50);在下限温度点时其电阻值应该大约为32kΩ(约对应0)
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