3.7V锂电池充放电电路改造方案

时间：2023-09-19来源：佚名

本篇为小型电源的实践日志，内附各种充电应用电路，并开源TP4056应用电路AD的原理图和PCB;

先放一点锂电池常识性的知识：

锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。

1912年锂金属电池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世纪70年代时，M. S. Whittingham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。随着科学技术的发展，现在锂电池已经成为了主流。

锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池;锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的;可充电电池的第五代产品锂金属电池在1996年诞生，其安全性、比容量、自放电率和性能价格比均优于锂离子电池。由于其自身的高技术要求限制，现在只有少数几个国家的公司在生产这种锂金属电池。

锂电池标3.7V或4.2V，是一回事。只是生产厂商标注的不一样而己。3.7V指电池使用过程中放电的平台电压，而4.2伏指的是充电满电时的电压。常见的可充18650锂电池，电压都是标3.6或者3.7v,充满电的时候是4.2v，这跟电量(容量)关系不大，18650电池从1200mah到4000mah，3.7V是指电池电用完时的最低电压。

一般认为将锂电池的空载电压放到3.7V就认为电用完了，锂电池放电不能将空载电压放到3.7V以下的，否则会损害电池，4.2V是电池充电的最高限制电压,一般认为将锂电池的空载电压充到4.2V就认为电充满了，电池充电过程中,电池的电压在3.7V逐渐上升到4.2V，锂电池充电不能将空载电压充到4.2V以上的，否则也会损害电池。

引言

家里的手电筒坏了，充电电池报废，太阳能电池板报废，LED灯跟瞎子一样，拆开后电路简陋，而且充电匹配的插头不常见。

于是乎就萌生一种改造的想法，改造方案如下：

棒状电池换成大容量3.7V扁平状锂电池;

优化电路，换成具有现代感的充电保护电路，而不是老式的刻蚀电路;

LED灯换为5W的大功率LED;

充电口换为Micro-USB;

太阳能电池不实用，开学后我们寝室背光，晒个屁，拆掉不用;

充电口，LED，锂电池什么的没有什么好说的，着重说一下充电电路方案;

电路方案与实现：

在网上搜了一下，充电保护电路种类繁多，有只充电保护的，还有充电放电保护一体的，还有同步升压的，碍于成本和使用情况，就仅仅选择了充电保护电路;

充电保护电路大概分为，电源管理芯片加附属电路和纯模拟电路搭建，当然了，对于我这个小白肯定是用电源管理芯片了，下面我说一下有关的电源管理芯片;

PJ4054

PJ4054 是一款完整的单节锂离子电池采用恒定电流/恒定电压线性充电器。其SOT封装与较少的外部元件数目使得TP4054成为便携式应用的理想选择。PJ4054 可以适合USB 电源和适配器电源工作。由于采用了内部PMOSFET 架构，加上防倒充电路，所以不需要外部检测电阻器和隔离二极管。热反馈可对充电电流进行调节，以便在大功率操作或高环境温度条件下对芯片温度加以限制。充电电压固定4.2V，而充电电流可通过一个电阻器进行外部设置。当充电电流在达到最终浮充电压之后降至设定值 1/10 时，PJ4054 将自动终止充电循环。当输入电压 (交流适配器或USB 电源)被拿掉时，PJ4054 自动进入一个低电流状态，将电池漏电流降至2uA 以下。也可将PJ4054 置于停机模式，以而将供电电流降至45uA。PJ4054 的其他特点包括充电电流监控器、欠压闭锁、自动再充电和一个用于指示充电结束和输入电压接入的状态引脚。

特点

·500mA 的可编程充电电流;

·无需MOSFET、检测电阻器或隔离二极管;

·用于单节锂离子电池、采用SOT23-5 封装的完整线性充电器;

·恒定电流/恒定电压操作，并具有可在无过热危险的情况下实现充电速率最大化的热调节功能;

·直接从USB 端口给单节锂离子电池充电;

·精度达到±1%的 4.2V 预设充电电压;

·用于电池电量检测的充电电流监控器输出;

·自动再充电;

·充电状态输出引脚;

·C/10 充电终止;

·待机模式下的供电电流为45uA;

·2.9V涓流充电器件版本;

·软启动限制了浪涌电流;

·采用5 引脚SOT-23 封装;

·输入电源电压(Vcc)：-0.3V～10V

·PROG：-0.3V～Vcc 0.3V

·BAT：-0.3V～7V

·CHRG：-0.3V～10V

·BAT 短路持续时间：连续

·BAT 引脚电流：800mA

·PROG 引脚电流：800uA

·最大结温：145℃

·工作环境温度范围：-40℃～85℃

·贮存温度范围：-65℃～125℃

·引脚温度(焊接时间10 秒)：260℃

经典应用电路如下:

3.7V锂电池充放电电路改造方案

CN3052

高性能的线性锂电池充电管理芯片CN3052A/CN3052B/CN3056，这些器件内部集成有功率管，不需要外部的电流检测电阻和阻流二极管，只需要极少的外围元器件，并且符合USB总线技术规范，可以通过USB端口为锂电池充电，因此非常适用于各种充电器及MP4播放器、蓝牙耳机、数码相机等便携式产品; 电源低电压检测(UVLO)CN3052A/CN3052B/CN3056内部有电源电压检测电路，当电源电压低于电源电压过低阈值(典型值4.03V)时，芯片处于关断状态，充电也被禁止。

睡眠模式CN3052A/CN3052B/CN3056内部有睡眠状态比较器，当输入电压VIN小于电池端电压 40mV时，充电器处于睡眠模式;只有当输入电压VIN上升到电池端电压90mV以上时，充电器才能离开睡眠模式，进入正常工作状态。

预充电状态在充电周期的开始，如果电池电压低于3V，充电器处于预充电状态，充电器以恒流充电模式充电电流的10%对电池进行充电。

3.7V锂电池充放电电路改造方案

SL1053

线性锂电池芯片SL1053，SL1053是一款专门为高精度的线性锂电池充电器而设计的电路，非常适合那些低成本、便携式充电器使用; 线性锂电池充电芯片SL1053是集高精度预充电、恒定电流充电、恒定电压充电、电池状态检测、温度监控、充电结束低泄漏、充电状态指示等性能于一身，可以广泛地使用于PDA、移动电话、手持设备等领域。

SL1053通过检测电池电压来决定其充电状态：预充电、恒流充电、恒压充电。当电池电压小于阈值电压VO(MIN)时，处于预充电状态，以较小的电流对电池进行充电，预充电的电流可以通过外部电阻进行调整。预充电使电池电压达到VO(MIN)后，进入恒定电流充电的快速充电状态，充电电流可以通过外围电阻调整，恒定电流充电使电池电压上升到恒定电压充电电压VO(REG)(一般为4.2V)。然后进入恒定电压充电状态，充电电压的精度优于±1%，在该状态下，充电电流将逐渐减小，当充电电流小于阈值后，充电结束。

3.7V锂电池充放电电路改造方案

充电结束后，将始终对电池电压进行监控，当电池电压小于阈值VO(RCH)时，对电池进行再充电，进入下一个充电周期。为了安全起见，在整个充电过程中，SL1053利用电池内部的热敏电阻和适当的外围电阻对电池的温度进行监控，可以使电池的温度控制在用户设置的范围内。

TP4056

TP4056是一款完整的单节锂离子电池采用恒定电流/恒定电压线性充电器。其底部带有散热片的SOP8封装与较少的外部元件数目使得TP4056成为便携式应用的理想选择。TP4056可以适合USB电源和适配器电源工作。由于采用了内部PMOSFET架构，加上防倒充电路，所以不需要外部隔离二极管。热反馈可对充电电流进行自动调节，以便在大功率操作或高环境温度条件下对芯片温度加以限制。充电电压固定于4.2V，而充电电流可通过一个电阻器进行外部设置。当充电电流在达到最终浮充电压之后降至设定值1/10时，TP4056将自动终止充电循环。

3.7V锂电池充放电电路改造方案

CS0301

CS0301是一款高精度智能型电池充电管理芯片，具有功能全、价格低、集成度高，外部电路简单，调节方便。

该芯片采用PWM脉宽调制方式充电，有涓流、恒流、恒压三种充电模式，内置高精度采样电路，电压判断精度高，充电饱和度高，具有多种故障保护功能，逆向漏电流小，与不同的外电路配合，可完全满足锂离子或锂聚合物电池的充电要求。

3.7V锂电池充放电电路改造方案

该芯片是通过检测电池电压状态来决定充电状态的。当电池电压低于预充电电压时，芯片自动进行预充电;当电池电压高于预充电电压而低于恒压充电电流时，芯片开始对电池进行恒流充电，充电电流外部可调;当电池电压上升到恒压充电电压以上的时候，芯片自动进入恒压充电;当充电电流小于充饱电流时，充电结束。当电池充电端口短路时，芯片减小充电电流，进行短路保护;在充电过程中，芯片通过电池内部的热敏电阻，对充电温度进行控制，当电池温度高于设定的温度时，停止充电;当电压恢复到温度内，继续进行充电。

方案选择与实现

上面如此多的电源管理IC，其实多多少少都可以使用，只是成本和稳定性来说，我选择了TP4056，它还有个兄弟TP4057跟它的硬指标相似，但是4056的应用电路有充电指示的功能，而且横向对比下，TP4056的应用最为广泛，网上的例子和教程也最多，基于稳定的前提下，TP4056的效果最好。

TP4056有很多种应用电路，我采用的是：

3.7V锂电池充放电电路改造方案