锂电池在线充放电管理电路的设计

电压检测电路可与电流检测电路分别对电池电压和充电电流进行调节、监测。最大充电电流由ISETOUT引脚的电压值确定,电池充电终止电压限定为4.2V,通过VADJ引脚的外接分压电阻在4.0V～4.4V之间调节。电池节数由CELL引脚设置,CELL引脚接GND、浮空、接REF、接VL分别表示电池节数为1节、2节、3节、4节。MAX1758的电压检测精度为±0.8%。电压检测和电流检测结果送入内部主控制器,主控制器通过驱动内部MOSFET导通或断开以达到控制电流或限制电池电压的目的。

　　定时器和温度检测器为电池充电提供附加保护。由于充电效率达不到100%,充电时间限定值应留有余量。温度传感器应接在THM和GND之前,靠近电池安装。温度传感器可选择具有负温度系数的热敏电阻,+25℃时阻值为10kΩ。Philips、Cornerstone传感器公司、Fenwall电子公司均可提供适当的产品。MAX1758以1.2Hz的频率检测电池温度。

4 充电参数设置

4.1 电池终止电压设置

　　通过MAX1758的VADJ引脚外接分压电阻可以设置电池充电终止电压,分压电阻应选择阻值低于100kΩ、精度为1%以上的精密电阻。电池充电终止电压与电池的化学特性和内部构造有关,具体参数由电池厂商提供。VADJ引脚的电压(VVADJ)与电池充电终止电压(VBATTR)、电池节数(N)、基准电压(VREF)之间的关系由下式确定:

VVADJ=(9.5VBATTR/N)-(9.0×VREF)

4.2 充电电流设置

　　快充过程的充电电流由ISETOUT引脚的电压值(VIESTOUT)决定,该电压由连接在REF和GND之间的分压电阻调节。当ISETOUT引脚接REF时,电流为最大值(1.5A)。ICHG与VIESTOUT的关系式如下:

ICHG=1.5A×(VIESTOUT/VREF)

4.3 输入电流限制

　　输入限流门限IIN由ISETIN引脚的电压确定,根据下式可确定IIN的值。

IIN=IFSS(VISETIN/VREF)

式中: IFSS=0.1V/R1

4.4 选择电感

　　电感值与电流纹波的大小有关。选用较大的电感时电流纹波较小,但如果电感的物理尺寸相同时,电感值越大,通常电感的等效串联电阻和额定电流较小。从总体指标考虑,电流纹波一般设置为平均充电电流的30%～50%。假设纹波电流与直流充电电流之比为LIR,则电感值由下式确定:

式中:fOSC为充电器内部DC/DC变换器的开关频率,为300kHz。电感额定电流应大于ICHG[1+LIR/2]。

4.5 充电时间设置

　　MAX1758内含4个定时时间设置功能,即预充、快充、满充、顶端截止充电时间。在TIMER1外接电容可设置预充、满充和顶端截止充电过程的时间限制,在TIMER2上外接电容可设置快充时间限制。充电速率为1C时,典型充电时间设置为(TIMER1与TIMER2的外接电容均为1nF):预充时间为7.5分钟、快充时间为90分钟、满充时间为90分钟、顶端终止充电时间为45分钟。

5 过充、过放保护

　　单片机P87LPC767的主要功能是实时监测外供电电压、电池电压、负载电压和电池温度,并根据监视参数的状态实现对电池过充、过放、过温、负载过流的保护,以及与主CPU进行参数交换。

　　P87LPC767有四个A/D转换接口,分别用于监测外供电电压、电池电压、负载电压和电池温度。工作时P87LPC767每20毫秒就对外供电电压进行一次A/D转换,读取外供电电压值。一旦外供电电压低于设定值时,P87LPC767就打开功率MOSFET Q1,将负载供电切换到电池上,如图3。P87LPC767每秒钟检测一次电池电压、负载电压和电池温度,判断电池是否需要充电。若电池电压低于设定的值,而外供电电压和温度都满足充电的条件,则打开MAX1758,对电池充电,补充电池能量。当电池给负载供电,电池电压低于安全放电的电压值(每节电池电压低于2.4V)时,P87LPC767立刻将Q1关断,防止电池过放,并将负载、MAX1758等外围电路关闭,转入低功耗工作模式,以节省耗电,等待外供电电压恢复正常时,再重新启动。如果检测到负载电压过低,会认为是过流引起的,也将立即关闭负载,转入低功耗工作模式,等待外部唤醒。这样,P87LPC767可以实现电池以及负载电路的保护,使得仪器在外部供电电源不太稳定的环境下可以长期稳定地工作。