张京;张根灿
【摘 要】本文主要介绍了基于CN3705和LM2596芯片设计的锂电池充放电系统。锂电池充电电路采用电源管理芯片CN3705设计，为锂电池提供涓流、恒流、恒压三阶段充电。并具体介绍了电路和参数设计过程；放电系统通过电源管理芯片LM2596实现，可以输出5V电压，最大3A的额定电流。整个系统满足给手机，平板电脑，MP3等电子产品充电的要求。 【期刊名称】《电子技术与软件工程》
【年(卷),期】2013(000)017
【总页数】变速轮2页(P167-168)
【关键词】开关电源;电感设计;降压电路;CN3705;LM596北京德科岛金
【作 者】张京;张根灿
【作者单位】杭州电子科技大学,浙江省杭州市310018;;
【正文语种】中 文
葡萄架势【中图分类】TN31
目前，消费电子产品越来越多，如智能手机、平板电脑、PSP游戏机等电子产品，给人们的生活工作娱乐都提供了极大的方便。然而，这些电子产品都有一个共性的缺点就是自身锂电池的容量有限，经常因为没电了，导致我们的电子产品无法使用。为了解决给电子产品续航问题，设计了这款集锂电池充电和放电一体的电路。如图1所示。系统分为三个部分，CN3705锂电池充电电路，12V锂电池，LM2596锂电池放电电路。
1 基于CN3705的锂电池充电电路
钢段
1.1 CN3705芯片简介
CN3705为降压模式锂电池充电芯片，具有恒流恒压充电方式。对于深度放电的电池，当电池电压低于设定的恒压充电电压的66.7%时，CN3705采用恒流充电电流的15%对锂电池涓流充电。在恒压充电阶段，充电电流逐渐减小，当充电电流降低到外部电阻设定的值时，充电结束。芯片输入电压在12V到28V之间，最大工作频率为300kHz，输出最大电流
为5A。
图1 ：系统原理框图
1.2 基于CN3705的设计电路
图2 ：CN3705锂电池充电电路
图2为CN3705构成的锂电池充电电路，电路结构为buck降压拓扑结构。输入电压在14V到28V之间，电路PWM开关频率为300kHz，最大输出电流为1.2A，最大输出电压为12.6V。适合给3节串联3.7V标准锂电池充电。
图2中，P沟道MOS管Q1、肖特基D2、电感L1以及电解电容C1构成经典的buck降压充电电路。Q1的选择要综合考虑转换效率、MOS管的功耗和最高温度。还要考虑的因素包括导通电阻Rds(on)，栅极总电荷Qg，输入电压和最大充电电流。MOS管损耗功率计算公式如下所示：为MOS管功耗为输出电压，为输入电压，为MOS在室温下的导通电阻，为充电电流。一般，当输入电压小于20V时，MOS管的导通损耗大于开关损耗。所以要选择导通损耗较小的MOS管。D2为肖特基二极管，二极管流过电流能力要大于充电电流，二极管的
耐压要大于最低输入电压。
1.3 电感的选着和计算
在正常工作时，瞬态电感电流是周期性变化的。在MOS管导通期间，输入电压对电感充电，电感电流增加；在MOS管关断期间，电感向电池放电，电感电流减小。电感的纹波电流随着电感值的减小而增大，随着输入电压的增大而增大。有如下经验公式：
微型水轮发电机其中 f=300kHz开关频率，ΔI为电感的纹波电流。在选取电感值时，可将电感纹波电流限制在，最大电感纹波电流ΔI出现在输入电压最大值和电感最小值的情况下。经计算电感取值：
1.4 工作方式
modbus网关模块
1.4.1 恒压充电
如图2所示，电池端的电压通过电阻R2和R4构成的电阻分压网络反馈到FB管脚，CN3705根据FB管脚的电压决定充电状态。当FB管脚的电压接近2.416V时，充电器进入恒压充电
状态。在恒压充电状态，充电电流逐渐下降，电池电压保持不变。恒压充电状态电池端对应的的电压为：
其中，IB是FB管脚的偏置电流，其典型值为50nA。由于电阻R2和R4会从电池消耗一定的电流，在选取R2和R4的电阻值时，应首先根据所允许的消耗的电流选取R2 R4的值，然后再根据上式分别计算R2和R4的值。这里R2和R4分别取值为510KΩ和120kΩ,得充电电压为Vbat=12.71V。
1.4.2 恒流充电
恒流充电电流由决定，R1为连接于CSP管脚和BAT管脚之间的充电电流检测电阻。R1取值为0.2Ω，所以恒流充电电流设定为
1.4.3 涓流充电
在充电状态，如果电池电压低于所设置的恒压充电电压的66.7%，即电池电压为8.47V，充电器进入涓流充电模式，此时充电电流为所设置的恒流充电电流的15%，即电流为0.15A。
1.4.4 充电结束
在恒压充电模式，充电电流逐渐减小，当充电电流减小到EOC管脚的电阻所设置的电流时，充电结束。充电结束电流由下式决定：
R5为是从EOC管脚到地之间连接的电阻，单位为欧姆。设定充电结束电流为0.1A时，计算出R5=1.3kΩ。
1.4.5 自动再充电
充电结束以后，如果输入电源和电池仍然连接在充电器上，由于电池自放电或者负载的原因，电池电压逐渐下降，当电池电压降低到所设置的恒压充电电压的91.1%时（即电压为11.58V），将开始新的充电周期，这样可以保证电池的饱满度在80%以上。
1.4.6 温度监控
为了监测电池的温度，采用负热敏电阻NTC（如图2电路所示）紧贴电池。当电池的温度超出可以接受的范围时，充电将被暂时停止，直到电池温度回复到正常范围内。
锂电池的充电工作温度在0到45 间，这里选取的负热敏电阻，满足在25 时应该为10kΩ，在上限温度点时其 电阻值应该大约为3.5kΩ(约对应50 )；在下限温度点时其电阻值应该大约为32kΩ(约对应0 )。
2 LM2596输出电路
2.1 LM2596简介
LM2596开关电压调节器是降压型电源管理单片集成电路，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。该器件内部集成频率补偿和固定频率发生器，开关频率为150KHz。此芯片还具有在特定的输入电压和输出负载的条件下，输出电压的误差可以保证在±4%的范围内，振荡频率误差在±15%的范围内；可以用仅 80μA的待机电流，实现外部断电；具有自我保护电路（一个两级 降频限流保护和一个在异常情况下断电的过温完全保护电路）。
图3 :LM2596放电电路
2.2 输出电路部分
LM2576有多种型号，这里选择固定输出5V的LM2596芯片。此电路构成非常简单，如电路图3。只需要输入电容C10、C11，肖特基二极管D3，电感L2，输出电容C12、C13即可。
输入滤波电容，输入耐压和电流均方根是输入电容的重要参数。当LM2596输入电压为12V时，铝电解电容的耐压压大于18V（1.5×Vin）。输入电容电流的均方根为输出负载电流的一半，为1.5A。根据图4所示，在曲线中，680μF/35V 的电解电容满足要求。
输出滤波电容一般选择耐压值为10V的电解电容既可以，为了得到输出较小的纹波，输出电容尽量选择大点。这里选择电容值为220uH的电解电容，输出纹波即可在1%之内。
图4 :电解电容耐压值，电流均方根，电容值关系
肖特基二极管D3这里选择5A/20V的IN5823既可以产生较好的效果。而且短路时也不会产生过载。
输出电压占空比
电感L2由公式
计算得L2=324uH，其中为输入电压，Δ I 为输出纹波电流， f为开关频率。
3 小结
经过测试此电路系统可以正常稳定工作，CN3705锂电池充电电路工作效率可以达到91.0%；LM2596放电电路工作效率，当输出1.0A电流时工作效率可达84%，输出电路2.1A时,电路工作效率可达82.3%，当输出3.0A电路时电路工作效率为79%。且输出电压纹波均小于2%。
参考文献
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