基于MAX1501的鋰離子電池充電器的研制

1　引言

　　近幾年來(lái)，隨著各種便攜式設(shè)備（如手機(jī)、筆記本電腦 、攝像機(jī) 、數(shù)碼相機(jī) 、PDA 等）的不斷推出 ，對(duì)電池的要求也隨之提高。以前，在這類應(yīng)用中，NiMH電池和NiCD電池，以其低價(jià)格占有較大優(yōu)勢(shì)；但隨著便攜式設(shè)備對(duì)體積/重量的要求越來(lái)越苛刻，工作和待機(jī)時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)以及Li電池成本的不斷降低，使 Li電池的優(yōu)勢(shì)性能在這類應(yīng)用中得以充分的展示，被廣大電子設(shè)計(jì)工程師和消費(fèi)者所接受。隨著Li電池性能的不斷提高和成本的進(jìn)一步降低，Li電池將在許多應(yīng)用中取代NiCD和NiMH電池 。

　　雖然鋰離子電池有以上種種優(yōu)點(diǎn)和良好的市場(chǎng)前景，但它對(duì)充電電路的要求比較高，在使用過(guò)程中要避免出現(xiàn)過(guò)充電和過(guò)放電的現(xiàn)象。鋰離子電池的充電過(guò)程如圖１所示，在一個(gè)充電周期內(nèi)，鋰電池在充電開(kāi)始之前需要檢測(cè)電池的電壓和溫度，判斷是否可充電，如果電池電壓或溫度超出允許范圍，則禁止充電。每節(jié)電池的允許充電電壓為2.5-4.2V，溫度為2.5-50℃。在電池處于深放電的情況下，必須要求充電器具有預(yù)充過(guò)程，使電池滿足快速充電的條件，然后根據(jù)電池廠商推薦的快速充電速度對(duì)電池進(jìn)行恒流充電，電池電壓緩慢上升；一旦電池電壓達(dá)到所設(shè)定的終止電壓（一般為 4.1V 或4.2V），恒流充電終止，充電電流快速衰減，充電進(jìn)入滿充過(guò)程；在滿充過(guò)程中，充電電流逐漸衰減，直到滿充時(shí)間超時(shí)，轉(zhuǎn)入頂端截止充電；頂端截止充電時(shí)，充電器以極小的充電電流為電池補(bǔ)充能量；頂端截止充電一段時(shí)間后，關(guān)閉充電。

2　MAX1501簡(jiǎn)介
　　
　　MAXIM公司的MAX1501是一種全新的溫度調(diào)節(jié)線性充電器采用16引腳TQFN封裝，可為鋰離子、鎳鎘、鎳氫電池進(jìn)行充電.MAX1501的特點(diǎn)及其引腳功能。它具有如下特點(diǎn)：

　　1.獨(dú)立運(yùn)行或由微處理器控制的線性充電方案；

　　2.輸入大于6.5v時(shí)充電停止；

　　3.電流檢測(cè)監(jiān)視器輸出；

　　4.電池電壓下降4v以下后自動(dòng)啟動(dòng)充電；

　　5.無(wú)電池時(shí)仍然保持穩(wěn)定輸出；

　　6.集成了PMOSFET.反向阻斷二極管和檢測(cè)電流電阻；

　　7.薄型QFN封裝的多化學(xué)類型充電器。

3　MAX1501引腳功能

　　INP：高電流充電輸入；

　　IN: 低電流充電輸入；

　　GND： 地.連接外部開(kāi)關(guān)到地；

　　SETI：電流傳感跨導(dǎo)放大輸出；

　　VL： 線性輸出調(diào)整器；

　　TMAX： 輸入最大充電時(shí)間選擇(僅對(duì)max1501)；

　　IC：　 MAX1501Z的內(nèi)部連接.隨浮動(dòng)；

　　FULLI： 最大關(guān)閉電流選擇輸入；

　　TEMP：衰耗溫度選擇輸入；[!--empirenews.page--]

4　鋰離子電池充電器的研制

　　MAX1501的最典型的應(yīng)用是能夠用10%的快速充電電流對(duì)鋰離子電池進(jìn)行預(yù)充電，用一個(gè)軟啟動(dòng)系統(tǒng)持續(xù)增加充電電流。以每20ms增加10%直到電壓達(dá)到2.8V，當(dāng)電池電壓達(dá)到規(guī)格電壓4.1V/4.2V時(shí)進(jìn)入常壓狀態(tài)并且減少充電電流。在SETI與地之間設(shè)置一個(gè)晶體管來(lái)控制快速充電電流，并且通過(guò)減少輸入電流使MAX1501遠(yuǎn)離過(guò)熱，溫度調(diào)節(jié)電路調(diào)節(jié)MAX1501的溫度。當(dāng)?shù)竭_(dá)頂端關(guān)斷電流的關(guān)斷值時(shí)RLED腳作用一個(gè)高阻抗進(jìn)入低維護(hù)狀態(tài)。 當(dāng)電池電壓低與95%時(shí)，通過(guò)設(shè)置SELV可以自動(dòng)進(jìn)行在充電。


　?。?）設(shè)置充電電流

　　設(shè)定電阻充電電流根據(jù)下列公式


　?。?）設(shè)置電容

　　為了獲得合適的穩(wěn)定性，可以用一個(gè)陶瓷電容最常用10uF 5R陶瓷電容來(lái)連接BATT到GND。將IN和INP連接起來(lái)并且到GND用1uF的陶瓷電容。由于過(guò)高輸入電壓或過(guò)高充電電流，可用更大的輸入途徑電容來(lái)降低噪聲。

　?。?）設(shè)置溫度調(diào)節(jié)

　　在邏輯輸入條件下設(shè)置規(guī)則的死機(jī)溫度，MAX1501通過(guò)降低充電電流來(lái)限制由TEMP設(shè)定的死機(jī)溫度值。MAX1501運(yùn)行正常，溫度環(huán)路不會(huì)顯示異常情況。TEMP允許在提供過(guò)多的能量損失的保護(hù)的前提下將充電電流擴(kuò)展到最大限度。

　?。?）設(shè)置充電時(shí)間

　　在TMAX邏輯輸入條件下設(shè)置最大充電時(shí)間。TMAX限制充電周期用來(lái)保護(hù)電池充電過(guò)長(zhǎng)。將TMAX與GND連接起來(lái)可將最長(zhǎng)充電時(shí)間設(shè)置為三小時(shí)。將TMAX懸空可將最大充電時(shí)間設(shè)置為4.5小時(shí)。將TMAX和VL連接起來(lái)可將最長(zhǎng)充電時(shí)間設(shè)置為6小時(shí)。

　?。?）綜述討論

　　MAX1501和一個(gè)微處理器相結(jié)合從而決定它有很好的充電方案專用的熱調(diào)節(jié)電路用來(lái)限制電路節(jié)點(diǎn)溫度，當(dāng)快速充電或當(dāng)環(huán)境溫度很高的時(shí)候確保最大充電電流不會(huì)損壞充電器，在沒(méi)有電池的情況下MAX1501提供可調(diào)節(jié)的輸出電壓，在允許電池充電的情況下這個(gè)裝置有較高的適應(yīng)性, 安全時(shí)間內(nèi)可以提供一個(gè)可調(diào)整的快速充電電流,頂端關(guān)斷電流,.并且有熱量方嵌條調(diào)整點(diǎn).其它特點(diǎn)包括輸入電量檢測(cè)并且有輸入低的過(guò)壓保護(hù)和規(guī)定了較低的控制輸入.MAX1501能夠接受一個(gè)4.5V到13V的電壓供電.但是當(dāng)輸入電壓超過(guò)6.5伏時(shí)為了防止過(guò)多的能量消耗MAX1501充電停止.MAX1501擴(kuò)大了溫度范圍(-40°C to +85°C)并且體積也減小了.

5　結(jié)束語(yǔ)

　　本文介紹了一種采用ＭＡＸ1501 充電控制芯片設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單實(shí)用的鋰離子電池充電器，最后對(duì)電路的特性及充電參數(shù)的設(shè)置進(jìn)行了分析。