一種單節(jié)鋰離子電池充電器的設(shè)計

鋰離子電池具有較高的能量重量比和能量體積比、無記憶效應(yīng)、可重復(fù)充電多次、使用壽命較長、價格也越來越低。鋰離子電池的這些特點促進了便攜式產(chǎn)品向更小更輕的方向發(fā)展，使得選用單節(jié)鋰離子電池供電的產(chǎn)品也越來越多。

鋰離子電池的不足之處在于對充電器要求比較苛刻，需要保護電路。鋰離子電池要求的充電方式是恒流恒壓方式，為有效利用電池容量，需將鋰離子電池充電至最大電壓，但是過壓充電會造成電池損壞，這就要求較高的控制精度。另外，對于電壓過低的電池需要進行預(yù)充，充電器最好帶有熱保護和時間保護，為電池提供附加保護。由此可見實現(xiàn)安全高效的充電控制成為鋰離子電池推廣應(yīng)用的瓶頸。針對這些應(yīng)用特點，MAXIM開發(fā)出一款安全有效的鋰離子電池充電器——MAX1679，這款充電器具有很高的充電控制特性和較低的成本，性能價格比較高，是一款理想的單節(jié)鋰離子電池充電器。

1 MAX1679的工作原理和特點

MAX1679外接限流型充電電源和P溝道場效應(yīng)管，可以對單節(jié)鋰離子電池進行安全有效的快充，其最大特點是在不使用電感的情況下仍能做到很低的功率耗散，采用8腳μMAX封裝。充電控制精度達0.75%，可以實現(xiàn)預(yù)充電，具有過壓保護和溫度保護功能，最長充電時間限制為鋰離子電池提供二次保護，MAX1679的浮充方式能夠使電池容量充至最大。

當充電電源和電池在正常的工作溫度范圍內(nèi)時，插入電池將啟動一次充電過程；充電結(jié)束的條件是平均的脈沖充電電流達到快充電流的1%，或時間超出片上預(yù)置的充電時間。MAX1679能夠自動檢測充電電源，沒有電源時自動關(guān)斷以減少電池的漏電。啟動快充后打開外接的P型場效應(yīng)管，當檢測到電池電壓達到設(shè)定的門限時進入脈沖充電方式，P溝道場效應(yīng)管打開的時間會越來越短，充電結(jié)束時，LED指示燈將會按12%的周期閃爍。

2 MAX1679的工作流程

MAX1679的工作狀態(tài)流程圖如圖1所示。


2.1 初始化充電周期

MAX1679檢測到電池和充電電源后將初始化充電周期，充電結(jié)束后，如檢測到電池電壓低于3.89V或THERM引腳電壓高于1.4V將重新充電。允許快充的條件是電池電壓大于2.5 V且小于充電閾值電壓(默認值是4.2V)，而且溫度范圍為2.5℃～47.5℃，如果溫度范圍不符，MAX1679將處于等待狀態(tài)。電池電壓低于2.5V時，MAX1679用5mA的電流預(yù)充，防止深度放電的鋰離子電池在快充時被損壞甚至發(fā)生危險。
2.2 快充過程

快充開始后，MAX1679打開外接的P溝道場效應(yīng)管，充電電流由外部限流型充電電源決定。由于P溝道場效應(yīng)管工作在開關(guān)狀態(tài)，并非線性穩(wěn)壓器，所以功耗極小，快充結(jié)束的條件是電池電壓達到閾值(由ADJ引腳調(diào)節(jié))或充電時間達到預(yù)定的快充時間或溫度超出安全范圍，溫度超出工作范圍時快充只是暫停，當溫度恢復(fù)后快充將持續(xù)進行。

2.3 脈沖充電過程

多數(shù)情況下充電電池達到閾值后便結(jié)束快充過程而進入脈沖充電過程，MAX1679每隔2ms檢測一次電池電壓，電池電壓小于閾值時，外部P溝道場效應(yīng)管導(dǎo)通，電池電壓大于等于閾值時，P溝道場效應(yīng)管斷開，脈沖充電過程接近結(jié)束時，P溝道場效應(yīng)管的斷開時間大大超過接通時間，達到TSEL管腳設(shè)置的周期比(1/64，1/128，1/256)后脈沖充電過程結(jié)束。

2.4 充電狀態(tài)指示CHG

管腳CHG與管腳IN之間連接LED作為充電狀態(tài)指示燈，當沒有插入電池或電源沒有連接或電池電壓小于2.2V時，CHG管腳是高阻態(tài)，LED不亮；當快充或脈沖充電時，LED亮，在初始化期間或時間超出預(yù)定時間，LED按50%的周期閃爍；當充電狀態(tài)結(jié)束時，LED按12%的周期閃爍。

3 典型應(yīng)用及注意事項

圖2是一個簡單的單節(jié)鋰離子電池充電器，包括：LED顯示、熱敏電阻、電流反向保護。ADJ引腳通過10kΩ的電阻與內(nèi)部 1.4V的精密基準源相連接，當ADJ對地沒有連接電阻R_ADJ時，電池充電電壓閾值為缺省值：V_BR＝4.2V；當需要自行設(shè)置充電閾值時，可在ADJ引腳與GND間接一精度為1%的電阻RADJ，阻值由下式確定：

圖2電路中，充電閾值為4.1V，由(1)式得R_ADJ＝410kΩ，電阻精度為1%時，產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差為：



TSEL管腳接BATT或ADJ或GND將得到不同的快充時間和完整的充電時間。TSEL管腳接BATT時快充時間為55分鐘，全部充電時間為2.8小時，TSEL接ADJ時快充時間為75分鐘，整個充電時間為3.75小時，TSEL接GND時快充時間沒有限制，整個充電時間為6.25小時。充電電流的限制可以采用限流電阻的方法解決。