背靠背MOS管-锂电池充放电控制详解

目录:

1、概述

2、外接适配器

3、使用锂电池

4、电池检测回路


1、概述

本锂电池充放电控制电路采用 TP4055 作为电池 BAT 的充电控制,如下图1.1绿色框所示。

TP4055 引脚功能描述:

1CHRG开漏输出的充电状态指示引脚,需要上拉电阻。低电平表示正在充电
2GND地引脚
3BAT充电电流输出引脚,该引脚向电池提供充电电流并将最终浮充电压调节至4.2V
4VCC浮充电压设定引脚
5PROG充电电流设定、监控和停机引脚

PROG电阻与充电电流的关系确定可参考下表:

PROG 电阻(k)IBAT (mA)
20k50
10k100
5k200
4k250
3k300
2k400
1.6k500

TP4055 具备锂电池反接保护功能,锂电池正负极反接于 TP4055 充电电流输出引脚, TP4055 会停机显示故障状态,无充电电流。

关于 TP4055 的所有信息均直接源自其规格书,欲获取更为详尽的内容,建议进一步查阅该规格书。

电池放电控制使用两个 MOS背靠背 的形式,如下图1.1蓝色框所示。

图1.1 锂电池充放电控制(原文件)

下面,我们将从“外接适配器”与“使用锂电池”两个维度展开叙述,并紧密结合元件的规格书,对电路中的各个元件作用进行详尽的解读,同时进行相应的计算。

2、外接适配器

图2.1 外接适配器

USB-IN 有输入电源时,即外接了适配器,如图2.1所示。经过保险丝 F1 后改名为 VCC,提供给U1,用于电池 BAT 充电。

图2.2 1N5819 正向电压

VCC经过肖特基二极管D1(正向电压VF ≈ 0.5V,如图2.2所示)后,约为5V-0.5V = 4.5V,如下图2.3所示。

图2.3 D1导通路径

MOS管的导通阈值按最坏情况为-1.3V,如下图2.4所示。

图2.4 栅极阈值电压

Q2的G极接地即Vg = 0V,那么Vgs = 0V-4.5V = -4.5V,大于Vgs(th)很多,足以深度导通Q2。电池BAT最高浮充至4.2V,此时Q1的体二极管不会导通

3、使用锂电池

此时没有外接适配器,U1的输出经过Q1的体二极管,其正向压降最坏情况为-1V,如下图3.1的Diode Forward Voltage所示。

图3.1 AO3401A体二极管正向电压

如图2.4所示,Vgs(th)最坏情况为-1.3V。此时Q1的S端为电池电压Vbat,其Vg = 0V,Vgs = -Vbat,Q1完全导通,不再走体二极管,电池放电路径如下图3.2所示。

图3.2 电池放电路径

当电池电压Vbat低至-1.3V时,Q1将无法导通。Q2也是导通状态,最终电池电源经过Q1与Q2给到VCC_SYS。

4、电池检测回路

电池电压检测电路如下图4.1紫色框所示,BAT-Test送入MCU的AD口。

图4.1 电池检测电路

R3与R4不能太小,按当前值计算最坏情况下流过的电流 = 4.2V/(100k+100k) = 21uA。

汽车电子中,这是不被允许的,必须对电池电压检测回路增加开关控制电路。需要检测时由MCU发出指令,类似于下图4.2​。

图4.2 电池检测回路可控

但是R3与R4也不能太大,否则BAT-Test端抗扰动能力就会较弱。


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