【锂电池】关于4.2V锂电池充电IC的一些记录

前言:

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1. 概述

本文针对单节锂离子电池采用恒定电流/恒定电压线性充电器, 可以适合 USB 电源和适配器电源工作。IC 采用了内部 MOSFET 架构,加上防倒充电路,不需要外部检测电阻器和隔离二极管。热反馈可对充电电流进行调节,以便在大功率操作或高环境温度条件下对芯片温度加以限制。充电电压固定于 4.2V,而充电电流可通过一个电阻器进行外部设置。当充电电流在达到最终浮充电压之后降至设定值 1/10 时,充电 IC 将自动终止充电循环。

关于锂电池的相关知识,参见 ------- > 锂电池相关知识


2. 应用介绍

2.1 典型电路

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充电 IC 输入一般来自 USB 或者电源适配器,管脚功能如下:

编号 管脚 功能
1 CHRG 漏极开路充电输出,充电状态指示
2 GND 接地
3 BAT 连接电池,充电电流输出
4 VCC 电源输入
5 PROG 充电电流大小设定

详细介绍可参看收据手册。

2.2 充电循环的状态

当 BAT 引脚电压升至 2.9V 以上时,充电器进入恒定电流模式,此时向电池提供恒定的充电电流。当 BAT 引脚电压达到最终浮充电压(4.2V)时, 充电 IC 进入恒定电压模式,且充电电流开始减小。当充电电流降至设定值的 1/10,充电循环结束。

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充电曲线:

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测量数据举例,针对 100mAh 电池,充电电流:Ibat = 100mA

充电起始电压 30分钟电压 60分钟电压 90分钟电压 120分钟电压
3.2V 4.12V 4.2V 4.2V 4.17V
充电起始电流 30分钟电流 60分钟电流 90分钟电流 120分钟电流
99.4mA 98.9mA 59.5mA 23.4mA -2.9uA

当通过电压判断锂电池是否已经充满的时,应注意恒压之后还需要一段时间,才能将电池完全充满。完全充满后,CHRG 引脚变为高阻,可通过 MCU 的 GPIO 来检测,进而判断电池电量已经充满。

附图:锂电池充电过程和检测

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2.3 CHRG 引脚应用

CHRG: 漏极开路充电状态输出。在电池的充电过程中,由一个内部 N 沟道 MOSFET 将 CHRG 引脚拉至低电平。当充电循环结束时,一个约 20μA 的弱下拉电流源被连接至 CHRG 引脚,指示一个“AC 存在”状态。当充电 IC 检测到一个欠压闭锁条件时, CHRG 引脚被强制为高阻抗状态。据此,我们可根据 CHRG 的状态来判断锂电池的电量是否充满。

应用原理图:

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当电池充满后,CHRG 变为高电平,可通过 MCU 的 GPIO 进行检测,确定锂电池已经充满。

2.4 PROG 引脚应用

(1)充电电流设定:在该引脚与地之间连接一个精度为 1%的电阻器 Rprog 可以设定充电电流。当在恒定电流模式下进行充电时,引脚的电压被维持在 1V。

充电电流设置:
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下图为 TP4054 的充电电流设置电阻值选取:

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(2)PROG 引脚还可用来关断充电器。将设定电阻器与地断接,内部一个 2.5μA 电流将 PROG 引脚拉至高电平。当该引脚的电压达到 2.70V 的停机门限电压时,充电器进入停机模式,充电停止且输入电源电流降至 45μA。重新将 Rprog 与地相连将使充电器恢复正常操作状态。

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上图为 MCU 通过 GPIO 来控制充电器的通断,Rprog 引脚拉至高电平。当该引脚的电压达到 2.70V 的停机门限电压时,充电器进入停机模式。

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