最简单的锂电池充电电路

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。

首先是要脱掉火火兔的衣服。

不好意思发错图了，这张才是：

螺丝孔都在后面，很好拆：

拆开之后：

▲ 高清图放大可看细节

标注一下各个部件：

检查首先从主控板开始：

▲ 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：

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：

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！

▲ 充电电路的PCB走线用黄绿色标示

对应的电路原理图如下：

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。

 

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。

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。

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：

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。

 

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。

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？

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！

要知道1206封装的贴片电阻，能承受的最大功率也就0.25W！

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！

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：

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！

 

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。

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。

 

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。

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？