标签: 充电管理

　　人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。太阳能的应用范围非常广，其中光电应用是很重要的一部分，即光—电转换，其基本原理是利用光生伏特效应将太阳辐射能直接转换为电能，它的基本装置是太阳能电池、太阳能控制器。 　　太阳能控制器是由专用处理器CPU、电子元器件、显示器、开关功率管等组成，主要特点有： 　　1、使用了单片机和专用软件，实现了智能控制; 　　2、利用蓄电池放电率特性修正的准确放电控制。放电终了电压是由放电率曲线修正的控制点，消除了单纯的电压控制过放的不准确性，符合蓄电池固有的特性，即不同的放电率具有不同的终了电压。 　　3、具有过充、过放、电子短路、过载保护、独特的防反接保护等全自动控制;以上保护均不损坏任何部件，不烧保险; 　　4、采用了串联式PWM充电主电路，使充电回路的电压损失较使用二极管的充电电路降低近一半，充电效率较非PWM高3%-6%，增加了用电时间;过放恢复的提升充电，正常的直充，浮充自动控制方式使系统有更长的使用寿命;同时具有高精度温度补偿; 　　5、直观的LED发光管指示当前蓄电池状态，让用户了解使用状况; 　　6、所有控制全部采用工业级芯片(仅对带I工业级控制器)，能在寒冷、高温、潮湿环境运行自如。同时使用了晶振定时控制，定时控制精确。 　　7、取消了电位器调整控制设定点，而利用了E方存储器记录各工作控制点，使设置数字化，消除了因电位器震动偏位、温漂等使控制点出现误差降低准确性、可靠性的因素; 　　8、使用了数字LED显示及设置，一键式操作即可完成所有设置，使用极其方便直观的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。 　　致尚微ZS6073是可以用太阳能板供电的单节锂电池充电管理芯片。该器件内部包括功率晶体管，应用时不需要外部的电流检测电阻和阻流二极管。内部的8位模拟-数字转换电路，能够根据输入电压源的电流输出能力自动调整充电电流，用户不需要考虑最坏情况，可最大限度地利用输入电压源的电流输出能力，非常适合利用太阳能板等电流输出能力有限的电压源供电的锂电池充电应用。 ZS6073典型应用电路（恒压充电电压4.2V） 　　致尚微ZS6073只需要极少的外围元器件，并且符合USB总线技术规范，非常适合于便携式应用的领域。热调制电路可以在器件的功耗比较大或者环境温度比较高的时候将芯片温度控制在安全范围内。内部固定的恒压充电电压为4.2V，也可以通过一个外部的电阻调节。充电电流通过一个外部电阻设置。当输入电压掉电时，ZS6073自动进入低功耗的睡眠模式，此时电池的电流消耗小于3微安。其它功能包括输入电压过低锁存，自动再充电，电池温度监控以及充电状态/充电结束状态指示等功能。 致尚微电子 微信公众号：cnzasem

　　现在智能手机的型号是越来越多，每个智能手机都配有一个专用的充电器，用来给手机提供最佳的充电管理方案。一部手机，一个充电器似乎已经成为了一种标配。但是这何尝又不是一种资源浪费呢? 　　在用户忘记带充电器，或者是不方便使用原装充电器的情况下，用一般的充电器为手机充电却往往得不到最佳的充电方案，不是电流过小，充电太慢，就是电流过大，导致手机发烫，损害电池。 　　在这种情况下，USB智能识别IC就派上大用场了，“我行我上!” USB智能识别IC-ZS3003 　　USB智能识别IC(以下简称识别IC)的主要原理就是智能识别充电设备的输入电压大小来控制输出电流的大小，来供给充电设备最佳的充电方案。 　　通过分析USB的接口，我们可以清晰的看到，在接口上共有4个引脚，其中负责识别电压大小的是D+/D-两个引脚，通过这两个引脚，识别充电设备的电压大小，来最终确定充电电流大小。由于智能手机的充电电流大小是固定的，那么就只能有电流输出方来匹配智能手机的充电电流，从而实现最佳的充电方案。一般的充电器不具有识别功能，或者只能识别个别的手机型号，在识别不了的情况下，要么用500mA的最小电流充电，相应的充电时间变长;要么就是充电器的标准电流充电，损害手机电池性能。 　　识别IC则可以通过USB口的D+/D-两个引脚，智能识别手机的电压大小，通过IC内部的智能匹配，调节充电器输出电流大小。合格的识别IC可以智能识别市面上90%的手机，做到智能充电。 　　识别IC的应用非常广泛，移动电源、墙充、带有USB口的排插等充电器都可以使用。有了识别IC的充电器，麻麻再也不用担心我的手机充电问题了。 致尚微电子 微信公众号：cnzasem

本人这段时间做一个手持机的项目，要用到单节锂电池供电。以前没有接触过锂电池充电管理方面的技术，花了几天时间研究了一番，现在汇报一下研究成果。由于第一次做这样的项目，也许存在错误，欢迎朋友们拍砖。        首先查一下锂离子电池的相关国标（ GBT18287-2000 ）        以下几个标准需要用到： 1 、放电终止电压： 2.75V ； 2 、额定容量 生产厂标明的电池容量，指电池在环境温度为 20 ℃± 5 ℃ 条件下，以 5h 率放电至终止电压时所应提供的电量，用 C5 表示 , 单位为 Ah （安培小时）或 mAh （毫安小时）。 3 、充电限制电压： 4.2V ； 4 、电池可采用下列制式之一进行充电 : a ）在环境温度 20 ℃ ± 5 ℃ 的条件下，以 0.2C 5 A 充电，当电池端电压达到充电限制电压时，改为恒压充电，直到充电电流小于或等于 0.01C 5 A ，最长充电时间不大于 8h ，停止充电。此充电制式为检验的仲裁充电制式。 b ）在环境温度 20 ℃ ± 5 ℃ 的条件下，以 1C 5 A 充电，当电池端电压达到充电限制电压时，改为恒压充电，直到充电电流小于或等于 0.01C 5 A ，最长充电时间不大于 8h ，停止充电。 5 、关于预充电（预充电在 GBT18287-2000 中没看到有说明，查了其它的资料）。在电池电压低于 3.0V 时，先要以小电流（ 10-50 mA ）对电池预充电，当电池电压上升到 3.0V 时再以正常电流充电。        由于手持机要与电脑通过 USB 端口通信，因此充电电源主要为电脑 USB 端口，充电方式采用方式一。        手持机要求在充电的同时能够正常工作，也就是能够一边充电，一边给系统供电。        查了一下市面上的充电管理芯片，感觉德州仪器（ TI ）做得不错（给 TI 做一下广告，不知道有没有广告费啊，哈），选定 BQ24070 带动态电源路径管理 (DPPM) 的单节锂电池充电管理芯片。 以下是原理框图和 BQ24070 的应用。   1 、 BQ24070 的“ MODE ”管脚通过 R4 接地，将其设置为 USB 模式，“ ISET 2 ” 管脚通过 R7 接高，设置 USB 能提供的最大电流为 500mA ；   2 、设置终止充电电流 I(TERM) 由于 BQ24070 的终止充电电流 I(TERM) ，正常充电电流 IO(BAT) 和 预充电电流 IO(PRECHG) 由同一个电阻设置，为了能够最大限度将电池充满，先设置 终止充电电流 I(TERM) 。 I(TERM)= K(SET) × V(TERM)/R(SET) 其中： K(SET)=450 ， V(TERM)=0.1V 考虑到正常充电电流 IO(BAT) 不能太小（否则充电时间太长），设置 I(TERM)=17 mA R(SET) = K(SET) × V(TERM)/ I(TERM) =450 × 0.1/0.017=2.64K ，取 R(SET)=2.61K 1% 电阻，即 R5=2.61K ；   3 、正常充电电流 IO(BAT) IO (OUT)=V(SET) × K(SET)/ R(SET) 其中 V(SET)=2.5V ， K(SET)=425 IO (OUT)=2.5 × 425/2.61=407 mA ； 未超过电脑 USB 端口能提供的最大电流 500 mA ，并且在充电的同时还有 93 mA 的电流可以向手持机供电。   4 、预充电电流 IO(PRECHG) 当电池电压低于 3V 时， BQ24070 会以一个预 充电电流将电池电压充至 3.0V ，此后才以正常的电流充电。 IO(PRECHG)=K(SET) × V(PRECHG)/R(SET) 由于此时 10 mA ≤ IO(BAT) ≤ 100 mA ， K(SET)=450 ； V(PRECHG)=0.25V IO(PRECHG)=450 × 0.25/2.61=43.1 mA 。   5 、 RDPPM 的取值 RDPPM= VDPPM/ (IDPPM × SF) 其中： IDPPM=100 微安， SF=1.15 RDPPM 一般取比系统最低工作电压高 0.5V 本系统中， LDO 输出电压： 3.0V ， LDO 最大压降： 0.15V ，系统最低工作电压： 3.0+0.15=3.15V 。 VDPPM=3.15+0.5=3.65V 。 RDPPM= VDPPM/ (IDPPM × SF)=3.65/(0.1 × 1.15)=3.65/0.115=31.739K ，取 RDPPM=31.6K ，即： R8=31.6K ；   6 、充电安全时间设定 t(CHG) = K(TMR) × R(TMR) K(TMR) ：时间设置因子，等于 0.360s/ Ω 根据国标，电池充电时间不大于 8 小时，设定充电安全时间为 6 小时 R(TMR)= 6 × 60 × 60/0.360=60K ，取 R(TMR)=60.4K 1% 电阻，即 R9=60.4K ；   7 、由于实际情况的原因，本设计不使用 BQ24070 的电池温度检测功能，因此将“ TS ”管脚通过 R6 接地（建议弟兄们在做设计的时候还是尽量加上温度检测，这样比较保险）。 8 、其它要注意的事项 1 ）在没有外接电源接入时，电池通过 OUT 管脚向系统供电。如果此时电池电压≥ 3V ，电池与 OUT 管脚之间会有 40-100mV 的压降。即：如果电池电压为 3.7V ，那么，此时 OUT 管脚上的电压最小可能是 3.6V ； 2 ）芯片在启动时，有 150mS 的延时，用于 USB 枚举，在此时间内，芯片忽略 USB 能提供的电流； 3 ）“ /PG ”管脚用于检测充电电源是否插入，“ STAT1 ” 和“STAT2 ” 用于指示充电状态，在实际应用中要注意它们都是开漏输出； 4）在实际使用时要做放电电压监测，以免过度放电损坏电池。