凡亿专栏 | 一种锂电池充放电及外部供电自动切换的电路
一种锂电池充放电及外部供电自动切换的电路

介绍一种单节锂电池充放电一体的电路。

该电路在外接电源时,使用外接电源供电,并且为锂电池充电;在无外接电源时,系统自动切换为锂电池供电。

电路的原理如下图:

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1)图中VBUS是外部输入的5V电源,VBAT接到锂电池正端,VOUT是整个电路的输出;

2)虚线左边的电路是充电电路,充电管理芯片使用常见的TP4056锂电池电源管理芯片,可以提供最大1A的充电电流;由芯片手册可知,充电电流由图中的 R8 设置,公式为 I = 1100/R(误差±10%),图中设置为充电电流为900mA;充电时D4亮、D3灭;充满时D4灭、D3亮;这一部分是TP4056的标准电路;

3) 虚线右侧的电路是自动切换电路;

当VBUS处有外部电源输入时,电流可以直接从二极管D1通过,流到VOUT输出处;而此时由于VBUS同时也将PMOS管Q1的栅极拉高,使得栅极电压与源极电压相差很小,Q1管会截止,防止了VOUT处有电流流向VBAT。这样实现了有外部电源VBUS时,外部电源为VOUT供电,而同时为VBAT电池充电。

当VBUS处没有电源输入时,MOS管Q1的栅极被拉低到地,而此时由于VBAT上接了电池,使得Q1的源极和栅极间有3V以上的电压,Q1会导通,实现了VBAT向VOUT供电。

4)元器件的选择

图中D1和D2应选择电流足够的肖特基二极管(如1N5819),因为肖特基二极管的压降小,并且开关速率很快,这样可以弥补MOS管开关慢的缺点;如在外部电源撤除,Q1的未完全导通时,VOUT会有短时间的跌落,此时电流可以从高速的二极管D2通过,当Q1完全导通后,可以使得VBAT到VOUT的压降变小。

Q1应选择PMOS,并且开关门限电压建议小于3V,因为锂电池的电压在3.7V左右,要使得3.7V减去二极管的压降后,还要能使得Q1导通(如选择AO3401)。

同时,为了在电源切换时尽量减小电压的跌落,可以在VOUT上并联大电容。

5)PCB设计建议

PCB设计时,需要特别注意,TP4056芯片的底面有一个散热用的大焊盘,必须设计一个大面积连接的铜皮便于散热,否则充电时很容易就会过热保护,提供不了设计的充电电流。


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