两段式锂电充电电路

两段式锂电充电电路,Li-Ion battery charger

因为元件比较多，所以上面画了很多框框，用来帮助分析这个电路。

电路的基本功能很简单：

1，大电流恒流充电
2，小电流恒流充电
3，恒压充电
4，电池电压不足和反接保护
5，断电状态，防止电池放电

以下是电路的简单分析：

右边的TL431和周边的器件总共提供了如下几个功能：

1，4.2V基准电压，由TL431直接提供
2，3V基准电压，由R7和R8分压获得
3，约2mA的恒流源，由Q11和R9，借助3V基准电压获得
4，充电电流基准电压，由恒流源借助Q12和R3获得。电压值为大约(0.25V + Vbe),其中Vbe是Q12的be电压，这个电压起到补偿作用。

当充电器中有电池的时候，首先由Q13把电池电压和3V基准比较，由于Q13自身有0.7V左右压降，所以检测到的电池电压为2.3V左右。

当电池电压低于2.3V，Q13导通，引发回路总开关Q10导通，切断了整个充电回路，这一方面可以确保输出被短路等异常状态下电路不工作，另外可以保证反接状态的电池或者低于2.3V的电池不被充电。

如果电池电压高于2.3V，Q13截止，由Q5和Q6构成的电压比较器，把电池电压和4.2V基准做比较，

如果电池电压低于4.2V，则Q6导通，Q6的c极输出高电压，引起Q7截止，引发回路总开关Q10截止，打开了整个充电回路。

同时，Q8也导通，Q8导通则通过Q9开启了主充电回路。

主充电回路很简单，通过Q2，把采样电阻R1上的电压和 充电电流基准电压 比较，如果电压低于0.25V，则引发Q3导通从而开启Q1，电源经过R1和Q1，以2.5A向电池充电。

次充电回路在回路总开关Q10导通的时候，总是开启的，通过Q4同时完成充电以及和 充电电流基准电压 比较的作用，提供精度差一些的恒流充电。

电路总的充电电流是两个回路的总和，不过次回路电流只有不到10mA，而主回路则高达2.5A

当电池电压接近4.2V的时候，Q6会输出低电压，这个电压降低，首先会导致Q8截止，Q8截止的后果是主回路被切断（由于Q6工作在放大状态，这个切断是渐进的）。这时候电路处在恒压充电状态。

随着Q8的逐渐截止，主回路的充电电流逐渐减少，最终完全关闭。

这时候电路通过次回路以不到10mA的电流继续涓流充电，当Q6输出的电压进一步降低，Q7导通切断总回路开关，完全停止充电。

设计这个电路的初衷很简单，满足锂电低压/反接保护，恒流恒压分段充电的需求。

之所以在恒流上面设计两段，主要目的是为了能有效得知充电结束时间。

现有的充电电路，由于调整管工作在放大状态，缺乏一个有效的手段得知其是否完全关闭了，而使用安培级别的大电流进行充电的时候，对充电电流小于终止电流的检测很复杂，所以目前的充电器，要么使用小电流（500mA以下）充电，要么压根不检测终止电流，恒压到底，比较负责的电路则采用进入恒压状态后，累积充电时间来决定何时终止充电（似乎笔记本电脑，手机等的电路都是这样的，不过我没研究过，不确定）。

这些方式要么不利于快速充电节省时间，要么会导致电池长期处于小电流充电状态，而用户难以觉察。终止充电的实际时间，往往是依靠单纯的计算充电时间来确定的，这种方式很容易导致充电不足和过充。

两段式恒流的设计则完全避免了这个问题。

首先主回路使用0.1欧姆的小电阻进行电流反馈，极大减少了因电阻导致的能耗和发热，有效利用了电能。

其次通过Q7和Q8的交错式切换，充电状态的切换很容易得知。只需要把小电流恒流的电流值，设定为终止充电电流，则这个切换发生的时机，就是完成充电的实际时间。如果有必要可以在电路上在这个时机做一个切断。

另外说明一下，电路看起来很复杂，布线有点乱，主要是因为本人缺乏经验*^_^*，另外有些怪异的接法是为了满足防止断电状态电池放电而设计。

这里是这个电路的schdoc，有兴趣的朋友可以下载进行仿真，我使用大电容代替电池，得到的效果还是不错的。

电路.rar