CN206650467U - 一种锂电池的充放电管理电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种锂电池的充放电管理电路，包括锂电池充电保护电路、锂电池、比较器和升压电路，其中，锂电池充电保护电路与充电输入和锂电池相连接，用于监控锂电池的充放电电压并对锂电池提供相应充电模式；升压电路与锂电池相连接，用于将锂电池输出电压进行升压处理；比较器用于对充电输入电压和锂电池输出电压进行电压比较并根据比较结果控制升压电路的工作，当充电输入电压大于锂电池输出电压时，比较器输出控制信号关断升压电路。采用本实用新型的技术方案，通过集成锂电池充电管理芯片以及保护芯片实现对锂电池充放电过程进行全方位的保护；同时在充电过程中，关断升压电路，从而能够进一步延长锂电池的使用寿命。

Description

一种锂电池的充放电管理电路

技术领域

本实用新型涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种锂电池的充放电管理电路。

背景技术

目前，大部分便携式电子产品都采用锂电池提供供电，由于锂电池特性较为活泼，对电压电流要求较高，如果不对锂电池进行充放电管理，会降低锂电池的使用寿命，同时，还极易发生锂电池爆炸，存在巨大的安全隐患。同时，在某些应用场合需要锂电池产生10V以上的电压，而一般单节锂电池只能产生3.7V或4.2V，因此需要进行升压，但如果锂电池升压放电和充电同时进行，长期以往，势必会对锂电池的使用寿命造成影响。

故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷。

实用新型内容

为了克服现有技术存在的缺陷，确有必要提供一种锂电池的充放电管理电路。

为了解决现有技术存在的技术问题，本实用新型的技术方案如下：

一种锂电池的充放电管理电路，包括锂电池充电保护电路、锂电池、比较器和升压电路，其中，

所述锂电池充电保护电路与充电输入和锂电池相连接，用于监控所述锂电池的充放电电压并对所述锂电池提供相应充电模式；

所述升压电路与所述锂电池相连接，用于将锂电池输出电压进行升压处理；

所述比较器用于对充电输入电压和锂电池输出电压进行电压比较并根据比较结果控制所述升压电路的工作，当充电输入电压大于锂电池输出电压时，所述比较器输出控制信号关断所述升压电路。

优选地，所述锂电池充电保护电路包括第一接口J1、第一芯片U1、第二芯片U2、第三芯片U3、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3，其中，所述第一芯片U1为电源管理芯片TP4056，所述第二芯片U2为集成MOS芯片8205A，所述第三芯片U3为电锂电池保护集成芯片DW01；

所述第一接口J1与充电输入相连接，所述第一接口J1的第一引脚与所述第一电阻R1的一端相连接，所述第一电阻R1的另一端与所述第一电容C1的一端、所述第一二极管D1的正端、所述第二二极管D2的正端、所述第一芯片U1的第四引脚和第八引脚相连接，所述第一二极管D1的负端与所述第二电阻R2的一端相连接，所述第二电阻R2的另一端与所述第一芯片U1的第七引脚相连接；所述第二二极管D2的负端与所述第三电阻R3的一端相连接，所述第三电阻R3的另一端与所述第一芯片U1的第六引脚相连接；所述第一芯片U1的第五引脚与所述第二电容C2的一端、所述第六电阻R6的一端、锂电池的正端相连接；所述第一芯片U1的第二引脚与所述第四电阻R4的一端相连接；所述第一接口J1的第二引脚、第三引脚、所述第一电容C1的另一端、所述第一芯片U1的第三引脚、第一引脚、所述第四电阻R4的另一端、所述第五电阻R5的一端、所述第二芯片U2的第六引脚和第七引脚相连接并共同与地端相连接；所述第五电阻R5的另一端与所述第三芯片U3的第二引脚相连接；所述第二芯片U2的第八引脚与第一引脚相连接，所述第二芯片U2的第五引脚与所述第三芯片U3的第三引脚相连接，所述第二芯片U2的第四引脚与所述第三芯片U3的第一引脚相连接；所述第二芯片U2的第二引脚、第三引脚、所述第三芯片U3的第六引脚、所述第三电容C3的一端共同与所述锂电池的负端相连接，所述第三电容C3的另一端与所述第六电阻R6的另一端、所述第三芯片U3的第五引脚相连接。

优选地，所述升压电路进一步包括第四芯片U4、第一电感L1、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第七电阻R7、第八电阻R8和第三二极管D3，其中，所述第四芯片U4为Boost芯片XL6009芯片；

所述第四芯片U4的第二引脚与比较器的输出端相连接，所述第四芯片U4的第四引脚、所述第一电感L1的一端、所述第四电容C4的一端和所述第五电容C5的一端相连接共同与锂电池的正端相连接；所述第一电感L1的另一端与所述第三二极管D3的正端和所述第四芯片U4的第三引脚相连接，所述第三二极管D3的负端与所述第七电阻R7的一端、所述第六电容C6的一端、所述第七电容C7的一端相连接作为输出正端与负载相连接；所述第四芯片U4的第五引脚与所述第七电阻R7的另一端和所述第八电阻R8的一端相连接，所述第四电容C4的另一端、所述第五电容C5的另一端、所述第六电容C6的另一端、所述第七电容C7的另一端、所述第四芯片U4的第一引脚、所述第八电阻R8的另一端与所述锂电池的负端相连接作为地端与负载相连接。

与现有技术相比较，本实用新型采用集成锂电池充电管理芯片以及保护芯片，从而实现对锂电池充放电过程进行全方位的保护；同时，通过比较器实现对充电输入的监控，在充电过程中，关断升压电路，从而能够进一步延长锂电池的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型锂电池的充放电管理电路的原理框图。

图2为本实用新型中锂电池充电保护电路的电路原理图。

图3为本实用新型中升压电路的电路原理图。

如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本实用新型。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型提供的技术方案作进一步说明。

参见图1，所示为本实用新型锂电池的充放电管理电路的原理框图，包括锂电池充电保护电路、锂电池、比较器和升压电路，其中，锂电池充电保护电路与充电输入和锂电池相连接，用于监控锂电池的充放电电压并对锂电池提供相应充电模式；升压电路与锂电池相连接，用于将锂电池输出电压进行升压处理；比较器用于对充电输入电压和锂电池输出电压进行电压比较并根据比较结果控制升压电路的工作，当充电输入电压大于锂电池输出电压时，比较器输出控制信号关断升压电路。

采用上述技术方案，通过比较器实现充电输入的检测，并以此控制升压电路的工作。输电输入电压比锂电池电压要高，因此，采用比较器非常方便的实现检测是否有充电输入。

参见图2，所示为本实用新型中锂电池充电保护电路的电路原理图，锂电池充电保护电路包括第一接口J1、第一芯片U1、第二芯片U2、第三芯片U3、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3，其中，第一芯片U1为电源管理芯片TP4056，第二芯片U2为集成MOS芯片8205A，第三芯片U3为电锂电池保护集成芯片DW01；

第一接口J1与充电输入相连接，第一接口J1的第一引脚与第一电阻R1的一端相连接，第一电阻R1的另一端与第一电容C1的一端、第一二极管D1的正端、第二二极管D2的正端、第一芯片U1的第四引脚和第八引脚相连接，第一二极管D1的负端与第二电阻R2的一端相连接，第二电阻R2的另一端与第一芯片U1的第七引脚相连接；第二二极管D2的负端与第三电阻R3的一端相连接，第三电阻R3的另一端与第一芯片U1的第六引脚相连接；第一芯片U1的第五引脚与第二电容C2的一端、第六电阻R6的一端、锂电池的正端相连接；第一芯片U1的第二引脚与第四电阻R4的一端相连接；第一接口J1的第二引脚、第三引脚、第一电容C1的另一端、第一芯片U1的第三引脚、第一引脚、第四电阻R4的另一端、第五电阻R5的一端、第二芯片U2的第六引脚和第七引脚相连接并共同与地端相连接；第五电阻R5的另一端与第三芯片U3的第二引脚相连接；第二芯片U2的第八引脚与第一引脚相连接，第二芯片U2的第五引脚与第三芯片U3的第三引脚相连接，第二芯片U2的第四引脚与第三芯片U3的第一引脚相连接；第二芯片U2的第二引脚、第三引脚、第三芯片U3的第六引脚、第三电容C3的一端共同与锂电池的负端相连接，第三电容C3的另一端与第六电阻R6的另一端、第三芯片U3的第五引脚相连接。

TP4056是专为一节锂离子电池充电设计的电源管理芯片，通过它对电池进行恒压/流充电。可以用外部电阻来设定充电电流大小，最大充电电流可设置为1A。包含充电指示、温度测试、欠压闭锁等保护机制，增加了充电电路的安全性能。利用TP4056对电池充电流程如下所述：如果待充电的电池电压3V在以下，TP4056会先用小电流对电池进行预充电。随着时间推移，电池电压逐渐升高。待到电池电压超过3V时，TP4056将进入恒流充电模式。这时使用恒流的方式给电池充电，通过PROG管脚和GND之间的外部电阻来设置的充电电流大小。随着充电的继续电池电压将逐步增加，等到电池电压增加到4.2V电压时，TP4056将进入恒压充电模式。这时使用恒压的方式给电池充电，电池的电压进一步增加，而充电电流则会慢慢减小。当充电电流减小为通过电阻设置充电电流的10％时，TP4056将进入待机模式，Stdby端输出低电平指示充电完成。如果让电池进行放电，电压值会慢慢下降，待降到低于再充电阈值(4.05V)时，TP4056被激活自动进入下次充电周期。TP4056具有低功耗特性，在睡眠模式下TP4056自身的消耗电流小于3μA，这将大大降低TP4056自身功耗。只有当输入电压断开或低于电池电压时，TP4056才会进入睡眠模式。

了解完电池充电管理电路的原理后，再来研究一下电池充放电保护电路的工作原理。锂电池保护电路工作原理为：当电池电压介于2.5至4.3V，DW01的OD脚和OC脚均输出高电平，CSI端输出低电平。8205A的G1和G2脚均为高电平，8205A内部的开关管因其G极为高电平，开关管导通。此时电池负端与Out-相当于直接连通，有电压输出。下面从放电、充电、短路三个方面详细分析保护电路工作原理：

放电保护控制原理如下：当电池放电时，其电压会慢慢降低，DW01通过R1电阻实时监测电池电压。一旦电池电压掉到2.3V时，DW01认为电池已处于过放电(over-load)状态。便立即断开OD脚的输出电压，使得OD脚电压变为0V。这时8205A的G1脚也为0V，8205A内部的放电保护开关管截止。这时锂电池负端与Out-之间连接被断开，电池停止放电。待到接入电压对电池进行充电后，当DW01的CSI脚通过R2电阻监测到充电电压后便退出过放电状态。DW01将在OD脚输出高电平，这时8205A内部的放电保护开关管导通。这时电池负端与Out-又连接上了，电池经充电器直接充电。需要注意在分析放电保护控制原理时，DW01的3脚始终输出高电平，除非进入过充电状态。

充电保护控制原理如下：当给电池充电时，经过一段时间，电池电压将逐渐增加。当电池电压升到4.4V时，DW01通过R1电阻实时监测电池电压后，认为电池已处于过充电(over-charge)状态。DW01便断开OC脚的输出电压，使其OC脚电压变为0V。这时8205A的G2脚也为0V，8205A内部的充电保护开关管截止。这时电池负端与Out-处于未连接状态，即停止对电池进行充电。DW01一直处于过充电状态。此时，虽然8205A内部的过充电控制开关管截止，但电池可以通过DW01内部的二极管进行放电。电池进行放电时，电池电压逐渐降低，直到低于4.3V时，DW01退出过充电保护状态。DW01的OC脚输出高电平，使8205A内部的过充电控制管开关导通，即电池负端与Out-连接上，电池进入正常的放电状态。

过/短路电流保护控制原理如下：在电池放电的过程中，当DW01的CSI脚检测到电压大于0.15V(过流电压)或1.0V(短路电压)时，DW01认为电池放电电流过大，DW01进入过(短路)电流状态。DW01使其OD脚输出0V，8205A内部的放电控制开关管断开，这时电池的放电通路就被断开了，实现了过/短路电流保护。

参见图3，所示为本实用新型中升压电路的电路原理图，升压电路进一步包括第四芯片U4、第一电感L1、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第七电阻R7、第八电阻R8和第三二极管D3，其中，第四芯片U4为Boost芯片XL6009芯片；

第四芯片U4的第四引脚、第一电感L1的一端、第四电容C4的一端和第五电容C5的一端相连接共同与锂电池的正端相连接；第一电感L1的另一端与第三二极管D3的正端和第四芯片U4的第三引脚相连接，第三二极管D3的负端与第七电阻R7的一端、第六电容C6的一端、第七电容C7的一端相连接作为输出正端与负载相连接；第四芯片U4的第五引脚与第七电阻R7的另一端和第八电阻R8的一端相连接，第四电容C4的另一端、第五电容C5的另一端、第六电容C6的另一端、第七电容C7的另一端、第四芯片U4的第一引脚、第八电阻R8的另一端与锂电池的负端相连接作为地端与负载相连接。

XL6009芯片是具有超宽输入电压(3V～32V)和超宽输出电压(5V～35V)、大电流输出等优秀特性的Boost芯片。内置4A高效MOSFET开关管、基准稳压器、400KHZ的频率振荡器。超高工作频率，因此只需用小容量的滤波电容即能达到非常好的效果，纹波更小，体积更小，效率最高达94％。基于芯片XL6009构成的开关升压电源电路，将输入直流电压给芯片的VIN脚，此EN脚为芯片的使能引脚，与比较器的输出端相连接，若EN脚为高电平，使能芯片SW脚有输出，从而采用一种简单的电路结构，实现在充电输入时，关断升压电路。通过芯片的FB脚的反馈输出电压实现对输出电压大小的调节。其中输出电压为公式(1)。

U_O＝1.25*(1+R₇/R₈) (1)

以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种锂电池的充放电管理电路，其特征在于，包括锂电池充电保护电路、锂电池、比较器和升压电路，其中，

所述锂电池充电保护电路与充电输入和锂电池相连接，用于监控所述锂电池的充放电电压并对所述锂电池提供相应充电模式；

所述升压电路与所述锂电池相连接，用于将锂电池输出电压进行升压处理；

所述比较器用于对充电输入电压和锂电池输出电压进行电压比较并根据比较结果控制所述升压电路的工作，当充电输入电压大于锂电池输出电压时，所述比较器输出控制信号关断所述升压电路。

2.根据权利要求1所述的锂电池的充放电管理电路，其特征在于，所述锂电池充电保护电路包括第一接口J1、第一芯片U1、第二芯片U2、第三芯片U3、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3，其中，所述第一芯片U1为电源管理芯片TP4056，所述第二芯片U2为集成MOS芯片8205A，所述第三芯片U3为电锂电池保护集成芯片DW01；

所述第一接口J1与充电输入相连接，所述第一接口J1的第一引脚与所述第一电阻R1的一端相连接，所述第一电阻R1的另一端与所述第一电容C1的一端、所述第一二极管D1的正端、所述第二二极管D2的正端、所述第一芯片U1的第四引脚和第八引脚相连接，所述第一二极管D1的负端与所述第二电阻R2的一端相连接，所述第二电阻R2的另一端与所述第一芯片U1的第七引脚相连接；所述第二二极管D2的负端与所述第三电阻R3的一端相连接，所述第三电阻R3的另一端与所述第一芯片U1的第六引脚相连接；所述第一芯片U1的第五引脚与所述第二电容C2的一端、所述第六电阻R6的一端、锂电池的正端相连接；所述第一芯片U1的第二引脚与所述第四电阻R4的一端相连接；所述第一接口J1的第二引脚、第三引脚、所述第一电容C1的另一端、所述第一芯片U1的第三引脚、第一引脚、所述第四电阻R4的另一端、所述第五电阻R5的一端、所述第二芯片U2的第六引脚和第七引脚相连接并共同与地端相连接；所述第五电阻R5的另一端与所述第三芯片U3的第二引脚相连接；所述第二芯片U2的第八引脚与第一引脚相连接，所述第二芯片U2的第五引脚与所述第三芯片U3的第三引脚相连接，所述第二芯片U2的第四引脚与所述第三芯片U3的第一引脚相连接；所述第二芯片U2的第二引脚、第三引脚、所述第三芯片U3的第六引脚、所述第三电容C3的一端共同与所述锂电池的负端相连接，所述第三电容C3的另一端与所述第六电阻R6的另一端、所述第三芯片U3的第五引脚相连接。

3.根据权利要求1所述的锂电池的充放电管理电路，其特征在于，所述升压电路进一步包括第四芯片U4、第一电感L1、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第七电阻R7、第八电阻R8和第三二极管D3，其中，所述第四芯片U4为Boost芯片XL6009芯片；

所述第四芯片U4的第二引脚与比较器的输出端相连接，所述第四芯片U4的第四引脚、所述第一电感L1的一端、所述第四电容C4的一端和所述第五电容C5的一端相连接共同与锂电池的正端相连接；所述第一电感L1的另一端与所述第三二极管D3的正端和所述第四芯片U4的第三引脚相连接，所述第三二极管D3的负端与所述第七电阻R7的一端、所述第六电容C6的一端、所述第七电容C7的一端相连接作为输出正端与负载相连接；所述第四芯片U4的第五引脚与所述第七电阻R7的另一端和所述第八电阻R8的一端相连接，所述第四电容C4的另一端、所述第五电容C5的另一端、所述第六电容C6的另一端、所述第七电容C7的另一端、所述第四芯片U4的第一引脚、所述第八电阻R8的另一端与所述锂电池的负端相连接作为地端与负载相连接。