新穎而簡(jiǎn)單的鋰電池充電器方案

隨著手機(jī)、MP3、PMP、DC/DV等手持電子產(chǎn)品越來(lái)越大眾化，鋰金屬(Li)和鋰離子(Li+)電池使用越來(lái)越普遍，而配用的充電器無(wú)論是市售的15元手機(jī)充電器還是較高檔的DC/DV兼容充電器，絕大部分是采用LM324組成的充電電壓檢測(cè)和控制線路，這些線路無(wú)論從控制精度還是功能方面都不能滿足鋰電池充電特性的要求，直接導(dǎo)致電池充不滿，電池壽命減短以及越來(lái)越多的電池?fù)p壞、爆炸等案例發(fā)生。而如果采用國(guó)外專用IC來(lái)設(shè)計(jì)，則其極其高昂的成本實(shí)在令人無(wú)法接受。

有鑒于此，筆者在此介紹兩款由國(guó)產(chǎn)新型IC組成的鋰電池充電器，在大致相當(dāng)?shù)目傮w成本下提供了遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)LM324方案的性能，具有極高的新穎性和市場(chǎng)前景。

PT7M7433T是上海百利通公司最新設(shè)計(jì)的極高精度的一系列電壓檢測(cè)器的其中一款，其檢測(cè)精度在0－Vcc (5.5V)范圍內(nèi)小于1mV，而且其批量IC的檢測(cè)值偏差<±2.5%，這樣完全保證了批量產(chǎn)品的性能一致性和極高的總體性能，我們利用其配合少量外部電路即可組成相當(dāng)簡(jiǎn)單的鋰電池充電線路。

該IC的內(nèi)部框圖和簡(jiǎn)單介紹如下：（圖一）

IC內(nèi)含一個(gè)高精度的615mV基準(zhǔn)電壓源、兩個(gè)比較器、一個(gè)RS觸發(fā)器和其它一些邏輯電路，其大致功能是：VCC電壓或其它待檢測(cè)電壓通過(guò)R1-R3組成的分壓網(wǎng)絡(luò)接在IC的LTHIN /HTHIN檢測(cè)引腳，當(dāng)待測(cè)電壓下降導(dǎo)致LTHIN引腳低于615mV時(shí)，輸出腳LBO輸出低電平，而如果待測(cè)電壓上升導(dǎo)致HTHIN引腳高于615 mV時(shí)，經(jīng)過(guò)內(nèi)部邏輯判斷和簡(jiǎn)單延時(shí)后，輸出腳LBO輸出高電平。

利用這個(gè)IC裝制的充電器電路如下（圖二）

其工作流程大致是：當(dāng)接上Li+電池和供電電源時(shí)，IC通過(guò)R1/R2/R3組成的網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)電池電壓，如果電池電壓低于3.3V(由R1-R3的電阻值決定),或者按下按制SW1，此時(shí)IC3腳的電壓低于615mV，則IC4腳輸出低電平，通過(guò)R5/D2拉低Q1的柵極使之導(dǎo)通，從而通過(guò)Q1/R9/D1給電池進(jìn)行大電流充電，當(dāng)電池電壓一路上升直至超過(guò)4.20V,此時(shí)IC的1腳電壓高過(guò)615mV,IC內(nèi)部經(jīng)簡(jiǎn)單判斷和延時(shí)，令4腳輸出高電平，從而關(guān)閉大電流充電通道，但是4腳的高電平同時(shí)給R7/C2的充電回路供電，令到Q3的柵極電壓慢慢升高，并給R8提供通路導(dǎo)致Q2導(dǎo)通，通過(guò)R10給Q1提供一個(gè)較弱的導(dǎo)通電流，使之微微導(dǎo)通，從而為電池提供一個(gè)較少的補(bǔ)充充電電流。按照?qǐng)D中所示元件參數(shù)將于大約十分鐘后，由于C2的不斷充電，其端電壓即Q3的柵極電壓不斷上升直至使Q3導(dǎo)通，從而關(guān)閉Q2，令到整個(gè)充電過(guò)程結(jié)束。

上面的方案還存在一些不足之處，例如檢測(cè)精度由外接電阻R1/R2/R3的精度決定，對(duì)于過(guò)放電的電池（電池端電壓低于2.8V）沒(méi)有一個(gè)小電流預(yù)充的過(guò)程，另外該方案的10分鐘補(bǔ)充充電時(shí)間對(duì)于較大容量的電池來(lái)說(shuō)不是太足夠，因此針對(duì)上述不足之處，我們還提供一個(gè)成本稍高一點(diǎn)，性能更加完善的方案：（圖三）

乍看之下，這個(gè)方案采用了三個(gè)IC，可是U1和U2是采用的SOT-23或者TO-92封裝，就好像普通三極管一樣，其價(jià)格也就是2－3個(gè)三極管的價(jià)格，而U3(PT8A2513NE)也是采用的TO-94封裝，外形和三極管很相似，價(jià)錢(qián)也相當(dāng)便宜，不過(guò)，這個(gè)電路可以實(shí)現(xiàn)智能判斷電池是否過(guò)放電，決定是否在開(kāi)始充電時(shí)采用小電流預(yù)充，另外，采用U3后也將充電后期的補(bǔ)充充電過(guò)程延長(zhǎng)到大約一個(gè)小時(shí)！

首先讓我們介紹一下該電路中幾個(gè)IC的功能：

（圖四）是U1/U2的內(nèi)部框圖，這兩個(gè)IC只是內(nèi)部電阻R1/R2的數(shù)值不同而已，它們的功能也很簡(jiǎn)單：當(dāng)Vcc低于IC的設(shè)定值時(shí)（根據(jù)IC編號(hào)不同，內(nèi)部R3/R4阻值也不同從而導(dǎo)致檢測(cè)電壓值不同，對(duì)于PT7M6128指的是2.80V），RST引腳輸出低電平，反之當(dāng)Vcc 高于1.05倍標(biāo)稱值時(shí)（例如對(duì)于PT7M6140，此數(shù)值為1.05x4.0 =4.20V）則RST引腳輸出高電平。

上面電路的另外一個(gè)IC（PT8A25 13）則是一個(gè)極簡(jiǎn)單卻極穩(wěn)定的延時(shí)IC，其延時(shí)時(shí)間僅僅取決于 OSC腳的頻率。事實(shí)上該IC就是將OSC震蕩頻率進(jìn)行32768次分頻后用來(lái)控制輸出的。之所以采用這個(gè)電路而不采用LM555或者CD4060等通用IC的原因就是因?yàn)樗鄬?duì)而言定時(shí)精度更高（其它IC不分頻），定時(shí)時(shí)間更長(zhǎng)（可達(dá)數(shù)小時(shí)）。并且電路更加簡(jiǎn)單，采用TO-94或SOT-23-4封裝，就像一個(gè)三極管一樣。而價(jià)錢(qián)也跟CD4060差不多，使用效果可就好的太多了。

至此大家想必也大致了解了圖三的工作流程了：接上電池和充電器，如果電池電壓低于2.8V，則U1輸出為低（U2輸出也是低），這樣R3和R4的回路都不通，只有R2回路導(dǎo)通，給Q1提供微弱的導(dǎo)通，使之輸出約數(shù)毫安的電流給電池進(jìn)行預(yù)充電，當(dāng)電池電壓上升到超過(guò)2.94V(1.05X2.8)時(shí)或者剛接上電池電壓就超過(guò)2.94V時(shí)，U1輸出高電平而U2繼續(xù)輸出低電平（電池電壓還沒(méi)達(dá)到4.2V J）,這時(shí)R2通路截止而R3通路導(dǎo)通（因?yàn)镼4導(dǎo)通且其源極電平為低－因U1輸出拉低），從而由較小阻值的R3令Q1完全導(dǎo)通，提供一個(gè)數(shù)百毫安的大電流恒流充電，而當(dāng)這個(gè)恒流充電過(guò)程慢慢令到被充電的Li+電池端電壓上升到4.2V時(shí)，U2也輸出高電平從而關(guān)閉Q4,但是它同時(shí)也給U3提供了電源導(dǎo)致U3開(kāi)始工作，這樣U3觸發(fā)Q3使R4導(dǎo)通提供一個(gè)很小的補(bǔ)充充電電流，直至U3達(dá)到定時(shí)時(shí)間從而關(guān)閉Q3，這時(shí)整個(gè)充電過(guò)程才完全結(jié)束。

相比而言，第二個(gè)方案增加了前期智能判斷電池狀態(tài)和自動(dòng)預(yù)充電過(guò)程，以及延長(zhǎng)了末尾的補(bǔ)充充電過(guò)程的時(shí)間，各個(gè)階段的充電電流可調(diào)并且補(bǔ)充充電時(shí)間可調(diào)（數(shù)分鐘至數(shù)小時(shí)），因此該方案對(duì)鋰電池充電具有更好的精確性和安全性，加上價(jià)錢(qián)便宜，功能也比較完善，相信很快會(huì)取代市面中低檔的充電器特別是那些廉價(jià)的手機(jī)電池充電器。