鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1264次 | 2019年11月08日
基于USB接口的鋰離子電池充電電路設(shè)計與實(shí)現(xiàn)
鋰離子電池及USB接口概述
鋰離子(Li-ion)電池,簡稱鋰電池,是近年來逐漸普及使用的一種新型電池,具有體積小、重量輕、容量大(能量密度高)、自放電率低以及無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn),但同時它也有一些致命的缺陷:對充電、放電的要求比較苛刻,不能過充和過放,否則容易造成不可逆轉(zhuǎn)性損壞,在短路、過充等極端情況下還有可能發(fā)生爆炸,產(chǎn)生危險。
USB接口是英文UniversalSerialBus的縮寫,中文含義是“通用串行總線”。它是一種應(yīng)用在pC領(lǐng)域的新型接口技術(shù)。USB使用一個4針插頭作為標(biāo)準(zhǔn)插頭與外部設(shè)備進(jìn)行連接。在這個4針插頭中,有兩針為數(shù)據(jù)通信線,而外側(cè)的兩針則為外部設(shè)備提供電源。按照USB規(guī)范,每個USB接口應(yīng)能提供500mA的電流輸出;由USB主機(jī)或帶電源的集線器提供的USB接口,所接外設(shè)端的最小可用電壓為4.5V,而由USB總線驅(qū)動的集線器能提供的最小則應(yīng)為4.35V。值得注意的是,雖然USB規(guī)范定義了提供的電流上限不得超過015A,但實(shí)際上USB端口輸出的電流經(jīng)常超過幾安培。
由以上分析可以看出,利用USB接口為鋰電池充電,電流方面應(yīng)該是足夠的,關(guān)鍵是如何控制電流的大小。另外,使用電壓最小為4.35V的USB接口給典型要求為4.2V的鋰電池充電時,電壓上只有很小的裕度,這使得充電電路的壓降變得極為重要,是設(shè)計的難點(diǎn)。
基于pC機(jī)USB接口充電電路設(shè)計方案
(1)方案一
圖1是市面上的一些“USB充電線”的內(nèi)部電路。其主要原理是利用電阻限定最大電流,利用二極管的壓降(約0.7V)把USB接口5V左右的輸出電壓降到4.2V左右然后對鋰電池充電。這個電路具有簡單、成本低的優(yōu)點(diǎn),但缺點(diǎn)也是顯而易見的:充電電流和充電電壓因USB接口的不同以及電池狀態(tài)的不同而有所不同,基本上無法把握,在很多時候電池極有可能充不滿(充電電壓達(dá)不到4.2V),而有時候則可能會過充而損壞電池。這個電路對一些內(nèi)部具有完善保護(hù)電路的鋰電池來說尚可接受,而對普通鋰電池則有一定危險性。
結(jié)語
毫無疑問,在這三個方案中,第三個方案的功能是最完善,其設(shè)計應(yīng)用的靈活性也最大的,但芯片的引腳較多,器件成本可能也比別的方案要高些。在實(shí)際中,我們可以根據(jù)用途、成本等實(shí)際情況來選擇不同的方案以滿足不同的要求。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展、新器件的不斷推出,我們相信會有更多更好的USB充電方案出現(xiàn)。