今天給大家分享的是：鋰離子電池電路負(fù)載共享設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)。

一、鋰電池設(shè)計(jì)-不應(yīng)該做什么？

在設(shè)計(jì)第一個(gè)鋰離子電池充電器時(shí)，你的第一直覺(jué)設(shè)計(jì)可能是下面這個(gè)圖，簡(jiǎn)單明了，但是將負(fù)載與電池并聯(lián)會(huì)有很多潛在的問(wèn)題和危險(xiǎn)。

鋰離子電池設(shè)計(jì)圖

很多鋰離子電池充電器Datasheet實(shí)際上建議下面這種方案。BQ2410C充電芯片的Datasheet顯示了與電池并聯(lián)的負(fù)載。

【BQ24103ARHLR PDF數(shù)據(jù)手冊(cè)】_中文資料_引腳圖及功能_(德州儀器 TI)-采芯網(wǎng)

與電池并聯(lián)的負(fù)載

這個(gè)設(shè)置在某些情況是適用的，但是對(duì)大部分設(shè)計(jì)都不是一個(gè)好的方法。

原因很簡(jiǎn)單。如果充電器的輸出直接連接到電池和系統(tǒng)負(fù)載的其余部分，那么就沒(méi)有辦法檢測(cè)到進(jìn)入電池的電流。如果系統(tǒng)吸收足夠大的負(fù)載開(kāi)始降低電壓軌本身，問(wèn)題就會(huì)變嚴(yán)重。

主要問(wèn)題在于計(jì)費(fèi)算法的最后部分，IC檢測(cè)充電電流什么時(shí)候停止充電，如果系統(tǒng)正在消耗電流，充電器可能永遠(yuǎn)不會(huì)關(guān)閉，從而損壞電池。

下面將討論3個(gè)鋰離子電池充電器電路，設(shè)計(jì)會(huì)更復(fù)雜，但是會(huì)更安全和有效。

二、充電時(shí)禁止用系統(tǒng)負(fù)載

最簡(jiǎn)單的鋰離子電池充電器電路就是在充電時(shí)簡(jiǎn)單地禁用系統(tǒng)輸出，在日常生活中的很多產(chǎn)品都比較常見(jiàn)，尤其是在使用過(guò)程中消耗大量電流的產(chǎn)品，例如：便攜式真空吸塵器。

最簡(jiǎn)單的方法就是簡(jiǎn)單地使用一個(gè)與電池串聯(lián)的MOS管為系統(tǒng)負(fù)載供電，輸入電源控制MOS管的柵極，當(dāng)你插入電源時(shí)，MOS管關(guān)閉，斷開(kāi)系統(tǒng)負(fù)載。

標(biāo)準(zhǔn)“并行”充電方案的簡(jiǎn)單改進(jìn)

由于系統(tǒng)負(fù)載只有在不充電時(shí)才有電，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)的其余部分會(huì)變得相對(duì)簡(jiǎn)單，你可以根據(jù)當(dāng)前使用的電源來(lái)處理不同的情況。

優(yōu)點(diǎn)：

• 主要組件，快速為電池充電，充電器只為電池充電。

• 只需要在電池負(fù)載條件下注意電路

缺點(diǎn)：

• 充電時(shí)不允許使用系統(tǒng)

三、讓負(fù)載在充電時(shí)接受輸入電源

這種鋰離子電池充電器與前面的很相似，但是有2個(gè)地方不同。

• 不僅使用MOS管，還通過(guò)二極管將輸入電源傳遞到負(fù)載。通過(guò)將FET柵極串聯(lián)連接到輸入電源和二極管（通常時(shí)肖特基二極管），系統(tǒng)負(fù)載在充電時(shí)從輸入電源獲取電力，需要二極管來(lái)防止電池反饋到輸入源，你也可以使用MOS理想二極管替換該二極管來(lái)降低壓降。

• 添加了一個(gè)與另一個(gè)附加的P MOS管，這可以防止輸入電源通過(guò)體二極管直接為電池充電。

鋰電池設(shè)計(jì)

通過(guò)添加一個(gè)與輸入電源串聯(lián)的肖特基二極管，你可以讓系統(tǒng)負(fù)載在充電時(shí)有電。使用這個(gè)方法最重要的是要了解電源的局限性。

例如：

• 一個(gè)標(biāo)注的5V USB是主要輸入，可以提供~500mA。

• 有一塊1000mAH 鋰離子電池，最大充電率為 0.5C（500mA），最大放電率為 1C（1A）。

• 充電IC以最大300mA的電池充電（主要發(fā)生在充電周期的恒流部分）

• 根據(jù)狀態(tài)，負(fù)載可以使用 50mA 到 500mA 之間的任何地方。

不插電時(shí)，負(fù)載完全由電池供電，沒(méi)有任何限制，能夠完全吸收500mA。插入電路板進(jìn)行充電，在恒流模式下，USB電源提供大約300mA的電流。意味著系統(tǒng)的其余部分只有200mA可用。設(shè)計(jì)正確的下游系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)于防止電源損壞非常重要。

這個(gè)方案通常會(huì)要求你將VUSB饋送到系統(tǒng)微控制器中，這樣的話，你可以計(jì)算充電時(shí)間，確保不會(huì)發(fā)生過(guò)載情況。

優(yōu)點(diǎn)：

• 相比之前的方法沒(méi)有復(fù)雜多少，仍然只需要幾個(gè)部分

• 允許系統(tǒng)在充電時(shí)使用

缺點(diǎn)：

• 負(fù)載有可能使輸入充電電源過(guò)載，從而造成損壞。

• 系統(tǒng)必須要知道何時(shí)充電，但這樣會(huì)讓設(shè)計(jì)變得更為復(fù)雜

• 要求系統(tǒng)考慮輸入電源和電池之間的電壓差異

四、使用電源路徑進(jìn)行負(fù)載共享

這是目前方法里面比較好的，吸收了現(xiàn)有方法的優(yōu)點(diǎn)，去除了主要的缺點(diǎn)。

BQ2403X是具有電源路徑的充電IC示例

在電池和系統(tǒng)負(fù)載之間采用了MOS管開(kāi)關(guān)，不是在充電時(shí)簡(jiǎn)單地切斷電源而是使用DPPM（動(dòng)態(tài)電源路徑管理）

也就是說(shuō)，充電時(shí)，IC將從墻上電源為系統(tǒng)負(fù)載供電，就像示例2中的一樣，如果系統(tǒng)負(fù)載消耗的電量超過(guò)墻上電源的供電能力，就會(huì)切換允許電池組供電上差異，因此，無(wú)論充電與否，電源路徑都可以提供相同的電源。

這樣的話簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以不用擔(dān)心電池和充電源之間的電流限制，只要電池能夠提供那么大的電流，IC就會(huì)處理。

同時(shí)還有許多簡(jiǎn)潔的功能，比如在充電時(shí)立即為系統(tǒng)負(fù)載供電，即使電池甚至放電也是這樣。

但是需要注意一件事情，大多數(shù)都在硅膠中內(nèi)置了MOS管，你必須要確保IC的電流限制對(duì)你的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是比較高的，有些使用外部MOS管。這可以允許選擇高功率MOS管。

優(yōu)點(diǎn)：

• 允許系統(tǒng)在充電時(shí)優(yōu)點(diǎn)

• 消除輸入充電電源的電源限制

• 不用擔(dān)心電源，IC完全可以處理

缺點(diǎn)

• 價(jià)格更好

• 零件要求需要比較小

在設(shè)計(jì)鋰離子電池的電路時(shí)，需要考慮很很多事情，通常電如何與充電器負(fù)載會(huì)被忽視。

這里討論用于負(fù)載共享的各種鋰離子電池充電器電路。在許多設(shè)計(jì)中，無(wú)需再充電時(shí)使用設(shè)備，對(duì)于這種情況，在充電時(shí)禁用系統(tǒng)負(fù)載是一種成本低且簡(jiǎn)單的解決方案。

如果系統(tǒng)負(fù)載始終需要電源，則電源必須來(lái)自充電器或者電池，根據(jù)電源要求，必須使用直接從充電器供電或者使用智能電源路徑IC的電源。