隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，電子設(shè)備日益趨于便攜化、多功能化，因此也對(duì)它們的供電電池提出了輕便、高效的要求。鋰離子電池以其能量密度高、充放電性能優(yōu)異、無(wú)污染等特點(diǎn)逐漸取代傳統(tǒng)的鎳鎘、鎳氫電池、鉛酸電池被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代便攜式電子產(chǎn)品中。

　　相對(duì)于其他類(lèi)型電池，鋰離子電池在性能優(yōu)異的同時(shí)也對(duì)充電器提出了更高的要求，這些要求主要體現(xiàn)在充電過(guò)程的控制和鋰電池保護(hù)方面，具體表現(xiàn)為較大的充電電流、高精度的充電電壓、分階段的充電模式和完善的保護(hù)電路等。

　　本文討論使用大電流鋰離子電池充電芯片SE9018設(shè)計(jì)鋰離子電池線(xiàn)性充電方案。

　　芯片介紹

　　SE9018是一款恒流/恒壓模式的鋰離子電池線(xiàn)性充電芯片，采用內(nèi)部PMOSFET架構(gòu)，并集成有防倒充電路，不需要外部隔離二極管。

　　芯片預(yù)設(shè)充飽電壓為4.2V，精度為±1.5%，充電電流可通過(guò)外部電阻進(jìn)行設(shè)置，最大持續(xù)充電電流可達(dá)1A。當(dāng)芯片由于工作功率大、環(huán)境溫度高或PCB散熱性能差等原因?qū)е陆Y(jié)溫高于140℃時(shí)，內(nèi)部熱反饋電路會(huì)自動(dòng)減小充電電流，將芯片溫度控制在安全范圍之內(nèi)。為使芯片能夠維持高效工作狀態(tài)，應(yīng)采取措施盡量降低芯片工作功率和芯片溫度，例如輸入端串聯(lián)小電阻(降低輸入電壓)、增大PCB散熱銅箔面積、使芯片散熱片與PCB銅箔充分接觸等。

　　圖1SE9018腳位圖

　　圖2SE9018原理圖

　　SE9018內(nèi)部集成電池溫度監(jiān)測(cè)電路，當(dāng)電池溫度超出正常范圍(過(guò)高或過(guò)低)時(shí)，芯片自動(dòng)停止充電過(guò)程，防止電池因?yàn)闇囟冗^(guò)高或過(guò)低而損傷。

　　電池溫度監(jiān)測(cè)是通過(guò)判斷TEMP端電壓(VTEMP)實(shí)現(xiàn)的，VTEMP由一個(gè)包括電池內(nèi)部NTC熱敏電阻在內(nèi)的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)提供。

　　當(dāng)VTEMP處于45%×VCC與80%×VCC之間時(shí)，芯片判斷電池溫度處于正常范圍內(nèi);當(dāng)VTEMP<45%×VCC或VTEMP>80%×VCC時(shí)，芯片判斷電池溫度過(guò)高或過(guò)低;當(dāng)TEMP端接地時(shí)，電池溫度監(jiān)測(cè)功能被禁用。

　　SE9018包含兩個(gè)漏極開(kāi)路的狀態(tài)指示輸出端CHRG和STDBY，當(dāng)電路處于充電狀態(tài)時(shí)，CHRG端置低電平，STDBY端為高阻態(tài);當(dāng)電池充飽時(shí)，CHRG端變?yōu)楦咦钁B(tài)，STDBY端置低電平。當(dāng)電池溫度監(jiān)測(cè)功能正常使用時(shí)，如果芯片未連接電池或電池溫度超出正常范圍，CHRG端和STDBY端均為高阻態(tài);當(dāng)電池溫度監(jiān)測(cè)功能被禁用時(shí)，如果芯片未連接電池，STDBY端為低電平，CHRG端輸出脈沖信號(hào)。

　　SE9018的其他功能包括手動(dòng)停機(jī)、欠壓閉鎖、自動(dòng)再充電等。

　　典型的基于SE9018的鋰離子電池充電電路如圖3所示。CE端為高電平時(shí)，SE9018正常工作。

　　智能大電流鋰離子電池線(xiàn)性充電方案

　　圖3SE9018典型應(yīng)用電路

　　1.充電電流的設(shè)置

　　恒流充電過(guò)程中的充電電流Ibat由PORG端與GND端之間的電阻Rprog設(shè)定，Ibat與Rprog阻值的關(guān)系為：

　

　　公式1

　　例如，如果想得到1A的恒定充電電流，根據(jù)公式1可得Rprog=1200Ω。

　　2.電池溫度監(jiān)測(cè)電路設(shè)置

　　電池溫度監(jiān)測(cè)電路的設(shè)置主要是對(duì)R1和R2進(jìn)行設(shè)置，假設(shè)NTC熱敏電阻在最低工作溫度時(shí)的電阻為RTL，在最高工作溫度時(shí)的電阻為RTH(RTL與RTH的數(shù)據(jù)可查相關(guān)電池手冊(cè)或通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到)，則R1，R2的阻值分別為：

　

　　公式2

　　公式3

　　在實(shí)際應(yīng)用中，如果只需要高溫保護(hù)，不需要低溫保護(hù)，可以將R2去掉。此時(shí)，R1的阻值為：

　　公式4

　　3.手動(dòng)停機(jī)設(shè)置

　　在充電過(guò)程中，可隨時(shí)通過(guò)置CE端為低電平或去掉Rprog(PROG端浮置)將SE9018置于停機(jī)狀態(tài)，此時(shí)電池漏電流降至2uA以下，輸入電流降至70uA以下。

　　4.欠壓閉鎖狀態(tài)

　　若輸入電壓VCC低于欠壓鎖定閾值或VCC與電池電壓Vbat之差小于120mV，SE9018處于欠壓閉鎖狀態(tài)。

　　當(dāng)芯片處于停機(jī)狀態(tài)或欠壓閉鎖狀態(tài)時(shí)，CHRG端與STDBY端均為高阻態(tài)。

　　5.正常充電工作周期

　　當(dāng)SE9018的各輸入端與電池均處于正常狀態(tài)時(shí)，充電電路進(jìn)入正常充電周期，此周期包括四種基本工作模式：涓流充電、恒流充電、恒壓充電、充電結(jié)束與再充電。

　　若電池電壓Vbat低于2.9V，充電電路進(jìn)入涓流充電模式，此時(shí)充電電流為恒流充電電流的十分之一(如果恒流充電電流被設(shè)置為1A，則涓流充電電流為100mA)，涓流充電狀態(tài)會(huì)一直保持到電池電壓Vbat達(dá)到2.9V。涓流充電模式主要是為了避免電池電壓太低時(shí)大電流沖擊給電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)帶來(lái)的損害。

　　電池電壓高于2.9V但小于預(yù)設(shè)充飽電壓4.2V時(shí)，充電電路處于恒流充電模式，如上所述，充電電流由Rprog確定。

　　電池電壓達(dá)到4.2V時(shí)，充電電路進(jìn)入恒壓充電模式，此時(shí)BAT端電壓維持在4.2V，充電電流逐漸減小。此過(guò)程的主要作用是減小電池內(nèi)阻對(duì)于充飽電壓的影響，使電池充電更加充分。