最简单的锂电池充电电路

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所属分类:电源电路

用了一年的火火兔坏了,充不了电。

作为一名合格的电工,自然是要自己修的。

拆之前摆拍一个。

 

最简单的锂电池充电电路

 

首先是要脱掉火火兔的衣服。

 

最简单的锂电池充电电路

 

不好意思发错图了,这张才是:

 

最简单的锂电池充电电路

 

螺丝孔都在后面,很好拆:

 

最简单的锂电池充电电路

 

拆开之后:

 

最简单的锂电池充电电路

▲ 高清图放大可看细节

 

标注一下各个部件:

 

最简单的锂电池充电电路

 

检查首先从主控板开始:

 

最简单的锂电池充电电路▲ 高清图放大可看细节

 

出于专业习惯,好奇心太强,习惯性标注主要的IC:

 

最简单的锂电池充电电路

 

别忘了这是在维修,充不了电,赶紧找到充电相关的电路才是。

在主控板的右下方找到了充电电路:

 

最简单的锂电池充电电路

 

发现火火兔使用的是“最简单的锂电池充电电路”,没有使用充电管理芯片,实在是太节省成本了!

 

最简单的锂电池充电电路

▲ 充电电路的PCB走线用黄绿色标示

 

对应的电路原理图如下:

 

最简单的锂电池充电电路

 

注意电阻R10的阻值不详,因为就是它烧掉了,导致充不了电。

所以无法得知R10原来的阻值是多少。

前面实物图中的电阻R10,也已经是维修后的样子。

 

一、元件说明

 

了解电路中用到的电子元件的性能参数,才能对电路做出准确分析。

 

1、二极管D2

 

型号为SS14,从其数据手册可知,其为“肖特基”二极管,最大可流过1.0A的电流。

当流过1.0A电流的时候,二极管压降Vf最大为0.55V

 

最简单的锂电池充电电路

 

2、电池BAT1

 

电池身上有以下丝印:

  • 603040:电池的尺寸  =厚 x 宽 x 长 = 6mm x 30mm x 40mm。
  • +3.7V:电池电压标称3.7V,对应可知,其充满电的电压为4.2V。
  • 600mAh:电池容量。

 

最简单的锂电池充电电路

 

另外这种聚合物锂电池,里面都是带保护板的。

火火兔这款电池因为蓝色保护膜的缘故,看不到保护板,以下的这款能看到:

 

最简单的锂电池充电电路

 

保护板的作用是:防电池过充、过放、正负极短路。

火火兔锂电池充电电路做得这么简单,就“巧妙”地运用了锂电池保护板的功能。

 

二、电路分析

 

分析基于以下的情形:

  • USB接口输入电压为5V
  • 二极管D2流过的电流不足1A,正向压降Vf为0.35V
  • 电池处于过放状态,保护板的放电截止电压为2.75V

 

最简单的锂电池充电电路

 

就这样,各点的电压都确定了。

此时,电阻R10两端的电压为 4.65V - 2.75V = 1.9V。

随着不断充电,电池电压逐渐升高,所以1.9V是电阻R10两端最大的电压差,此时充电电流也达到最大。

不妨猜测一下,烧掉的R10电阻的阻值是多大?

 

最简单的锂电池充电电路

 

我是这样分析的,电池容量是600mAh,刚开始充的时候充电电流最大,充到后面电流很小了。

为了让充电时间不至于过长,那么刚开始要以1C来充,1C也就是电池容量的1倍。

所以刚开始充电电流是600mA,电阻R2两端的电压是1.9V,电阻大小为:

 

1.9 / 0.6 = 3.17(欧姆)

 

根据焦耳定律,此时电阻R2的功率为:

 

0.6 x 0.6 x 3.17 = 1.14(瓦特)

 

好高的功率,难怪之前这个电阻会烧掉了!

 

最简单的锂电池充电电路

 

要知道1206封装的贴片电阻,能承受的最大功率也就0.25W!

 

最简单的锂电池充电电路

 

既然原来的电阻R10已经烧掉了,是怎么修的呢?

手上只有0402封装的贴片电阻,于是并联了31个100欧姆的电阻代替!

 

最简单的锂电池充电电路

 

31个100欧姆的电阻并联后,等效电阻为:

 

100 / 31 = 3.23(欧姆)

 

1个0402的电阻最大功率为1/16瓦,31个可以承受的最大功率为 :

 

1 / 16 x 31 = 1.94(瓦特)

 

以上参数满足设计需求。

 

当电池电压被充电达到4.2V时:

 

最简单的锂电池充电电路

 

电阻R10两端的电压仍有:

 

4.65 - 4.2 = 0.45(伏特)

 

充电电流仍有:

 

0.45V / 3.23Ω = 139.32mA

 

继续充电令电池的电压继续上升,最后电池内部的保护板会触发过充保护,与外围的充电电路断开,从而不再充电。

以上就是“最简单的锂电池充电电路”的充电原理!

 

三、充电管理芯片是怎样充电的

 

作为对比,需要了解充电管理芯片是怎样充电的。

可以直接阅读充电管理芯片MP26028的数据手册,充电过程写得非常详细。

充电分为三个过程:

  • Trickle Charging(涓流充电)
  • CC Mode(恒流充电)
  • CV Mode(恒压充电)

 

三个过程中电池的电压Vbatt与电流Ibatt关系见下图。

 

最简单的锂电池充电电路

 

另外,充电管理芯片具有的软启动功能、充电状态指示功能、过热保护功能等,都是火火兔的充电电路所不具备的。

具体本文不再展开,感兴趣的读者可以去读MP26028的数据手册。

 

四、总结

 

火火兔的锂电池充电电路,实在是最简单的充电电路。

优点只有一个,就是电路简单,成本低。应该承认其在某些场景下具有使用价值。

 

最简单的锂电池充电电路

 

缺点方面罗列几个:

  • 没有涓流、恒压、恒流的充电过程,对电池寿命有影响。
  • 充满电后不能自动断开,只能依赖电池自带的保护板来防止过充,增加了风险。
  • 充电时间受输入电压影响大,如果输入电压过低,比如只有4.6V,则很久都充不满。
  • 限流电阻发热大,不能进行大电流充电。

 

最后问题来了,你会在产品中使用这样简单的充电电路吗?

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