目前，消費(fèi)電子產(chǎn)品越來(lái)越多，如智能手機(jī)、平板電腦、PSP 游戲機(jī)等電子產(chǎn)品，給人們的生活工作娛樂都提供了極大的方便。然而，這些電子產(chǎn)品都有一個(gè)共性的缺點(diǎn)就是自身鋰電池的容量有限，經(jīng)常因?yàn)闆]電了，導(dǎo)致我們的電子產(chǎn)品無(wú)法使用。為了解決給電子產(chǎn)品續(xù)航問題，設(shè)計(jì)了這款集鋰電池充電和放電一體的電路。如圖 1 所示。系統(tǒng)分為三個(gè)部分，CN3705 鋰電池充電電路，12V 鋰電池，LM2596 鋰電池放電電路。

1 基于CN3705的鋰電池充電電路

1.1 CN3705芯片簡(jiǎn)介

CN3705 為降壓模式鋰電池充電芯片，具有恒流恒壓充電方式。對(duì)于深度放電的電池，當(dāng)電池電壓低于設(shè)定的恒壓充電電壓的66.7%時(shí)，CN3705采用恒流充電電流的15% 對(duì)鋰電池涓流充電。在恒壓充電階段，充電電流逐漸減小，當(dāng)充電電流降低到外部電阻設(shè)定的值時(shí)，充電結(jié)束。芯片輸入電壓在12V 到28V之間，最大工作頻率為300kHz，輸出最大電流為 5。

1.2 基于CN3705的設(shè)計(jì)電路

圖2為 CN3705 構(gòu)成的鋰電池充電電路，電路結(jié)構(gòu)為 buck 降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。輸入電壓在 14V 到 28V 之間，電路 PWM 開關(guān)頻率為300kHz，最大輸出電流為 1.2A，最大輸出電壓為 12.6V。適合給 3 節(jié)串聯(lián) 3.7V 標(biāo)準(zhǔn)鋰電池充電。

圖2中，P 溝 道 MOS 管 Q1、肖特基D2、電感 L1 以及電解電容 C1 構(gòu)成經(jīng)典的buck 降壓充電電路。Q1 的選擇要綜合考慮轉(zhuǎn)換效率、MOS 管的功耗和最高溫度。還要考慮的因素包括導(dǎo)通電阻 Rds(on)，柵極總電荷Qg，輸入電壓和最大充電電流。MOS 管損耗功率計(jì)算公式如下所示：

1.3 電感的選著和計(jì)算

在正常工作時(shí)，瞬態(tài)電感電流是周期性變化的。在 MOS 管導(dǎo)通期間，輸入電壓對(duì)電感充電，電感電流增加;在 MOS 管關(guān)斷期間，電感向電池放電，電感電流減小。電感的紋波電流隨著電感值的減小而增大，隨著輸入電壓的增大而增大。有如下經(jīng)驗(yàn)公式：

1.4 工作方式

1.4.1 恒壓充電

如圖2所示，電池端的電壓通過電阻R2和R4構(gòu)成的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)反饋到FB管腳，CN3705根據(jù)FB管腳的電壓決定充電狀態(tài)。當(dāng)FB管腳的電壓接近2.416V 時(shí)，充電器進(jìn)入恒壓充電狀態(tài)。在恒壓充電狀態(tài)，充電電流逐漸下降，電池電壓保持不變。恒壓充電狀態(tài)電池端對(duì)應(yīng)的的電壓為：

其中，Ib是FB管腳的偏置電流，其典型值為50nA。由于電阻R2和 R4 會(huì)從電池消耗一定的電流，在選取R2和R4的電阻值時(shí)，應(yīng)首先根據(jù)所允許的消耗的電流選取R2 R4的值，然后再根據(jù)上式分別計(jì)算R2和R4的值。這里 R2和R4分別取值為510KΩ 和 120kΩ，得充電電壓為 Vbat=12.71V

1.4.2 恒流充電

1.4.3 涓流充電

在充電狀態(tài)，如果電池電壓低于所設(shè)置的恒壓充電電壓的 66.7%，即電池電壓為 8.47V，充電器進(jìn)入涓流充電模式，此時(shí)充電電流為所設(shè)置的恒流充電電流的 15%，即電流為 0.15A。

1.4.4 充電結(jié)束

在恒壓充電模式，充電電流逐漸減小當(dāng)充電電流減小到 EOC 管腳的電阻所設(shè)置的電流時(shí)，充電結(jié)束。充電結(jié)束電流由下式?jīng)Q定：

R5為是從 EOC 管腳到地之間連接的電阻，單位為歐姆。設(shè)定充電結(jié)束電流為0.1A時(shí)，計(jì)算出 R5=1.3kΩ。

1.4.5 自動(dòng)再充電

充電結(jié)束以后，如果輸入電源和電池仍然連接在充電器上，由于電池自放電或者負(fù)載的原因，電池電壓逐漸下降，當(dāng)電池電壓降低到所設(shè)置的恒壓充電電壓的 91.1% 時(shí)(即電壓為11.58V)，將開始新的充電周期，這樣可以保證電池的飽滿度在 80% 以上。

1.4.6 溫度監(jiān)控

為了監(jiān)測(cè)電池的溫度，采用負(fù)熱敏電阻NTC(如圖 2 電路所示)緊貼電池。當(dāng)電池的溫度超出可以接受的范圍時(shí)，充電將被暫時(shí)停止，直到電池溫度回復(fù)到正常范圍內(nèi)。

鋰電池的充電工作溫度在0到45間，這里選取的負(fù)熱敏電阻，滿足在25 時(shí)應(yīng)該為10kΩ，在上限溫度點(diǎn)時(shí)其電阻值應(yīng)該大約為 3.5kΩ( 約對(duì)應(yīng) 50 );在下限溫度點(diǎn)時(shí)其電阻值應(yīng)該大約為 32kΩ( 約對(duì)應(yīng) 0 )

2 LM2596輸出電路

2.1 LM2596簡(jiǎn)介

LM2596 開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器是降壓型電源管理單片集成電路，能夠輸出 3A 的驅(qū)動(dòng)電流，同時(shí)具有很好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性。該器件內(nèi)部集成頻率補(bǔ)償和固定頻率發(fā)生器，開關(guān)頻率為 150KHz。此芯片還具有在特定的輸入電壓和輸出負(fù)載的條件下，輸出電壓的誤差可以保證在 ±4% 的范圍內(nèi)，振蕩頻率誤差在 ±15%的范圍內(nèi);可以用僅 80μA 的待機(jī)電流，實(shí)現(xiàn)外部斷電;具有自我保護(hù)電路(一個(gè)兩級(jí) 降頻限流保護(hù)和一個(gè)在異常情況下斷電的過溫完全保護(hù)電路)。

2.2 輸出電路部分

LM2576有多種型號(hào)，這里選擇固定輸出5V的LM2596芯片。此電路構(gòu)成非常簡(jiǎn)單，如電路圖3。只需要輸入電容C10、C11，肖特基二極管D3，電感 L2，輸出電容C12、C13 即可。

輸入濾波電容，輸入耐壓和電流均方根是輸入電容的重要參數(shù)。當(dāng) LM2596 輸入電壓為 12V 時(shí)，鋁電解電容的耐壓壓大于 18V(1.5&TImes;Vin)。輸入電容電流的均方根為輸出負(fù)載電流的一半，為 1.5A。根據(jù)圖 4 所示，在曲線中，680μF/35V 的電解電容滿足要求。

輸出濾波電容一般選擇耐壓值為 10V 的電解電容既可以，為了得到輸出較小的紋波，輸出電容盡量選擇大點(diǎn)。這里選擇電容值為220uH 的電解電容，輸出紋波即可在 1% 之內(nèi)。

圖 4： 電解電容耐壓值，電流均方根，電容值關(guān)系

肖特基二極管 D3 這里選擇 5A/20V 的IN5823 既可以產(chǎn)生較好的效果。而且短路時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生過載。

3 小結(jié)

經(jīng)過測(cè)試此電路系統(tǒng)可以正常穩(wěn)定工作，CN3705 鋰電池充電電路工作效率可以達(dá)到91.0%;LM2596 放電電路工作效率，當(dāng)輸出1.0A 電流時(shí)工作效率可達(dá) 84%，輸出電路 2.1A時(shí) ， 電路工作效率可達(dá) 82.3%，當(dāng)輸出 3.0A 電路時(shí)電路工作效率為 79%。且輸出電壓紋波均小于 2%。