锂电池保护电路设计：从充电阶段到电路实现

锂电池保护电路设计：从充电阶段到电路实现

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CSDN

1.

https://blog.csdn.net/weixin_52340051/article/details/146404339

设计电池底座及保护电路

一、需要解决哪些问题

设计一个电池时，需要考虑以下几个关键问题：

1. 锂电池充电分为几个阶段，每个阶段都做了什么？
2. 充电过程中有哪些保护措施？
3. 是否涉及高低电平转换？
4. 如何通过机械开关实现供电和断电？

下面将针对这些问题进行详细讲解。

二、回答问题

1. 锂电池充电分为几个阶段，每个阶段都做了什么？

锂电池充电主要分为四个阶段：涓流充电、恒流充电、恒压充电以及充电终止。充电过程由IC芯片控制，具体步骤如下：

• 首先检测电池电压，如果低于3V，则进行预充电（涓流充电），充电电流为设定电流的1/10。
• 电压升至3V后，进入恒流充电阶段，以设定电流进行充电。
• 当电池电压达到4.20V时，转为恒压充电，保持充电电压为4.20V。
• 充电电流逐渐下降，当降至设定电流的1/10时，充电结束。

2. 充电过程中有哪些保护措施？

可充型锂电池通常连接一块充放电保护电路板（保护板）来确保安全。主要保护措施包括：

• 过充保护和过压保护
• 短路保护

保护电路设计中常用的元器件包括自恢复保险丝和浪涌保护二极管。

（1）自恢复保险丝选型（过流保护）

选择自恢复保险丝时，需要考虑所有负载的工作电流总和，并留有一定的裕度。例如，如果总工作电流为410mA，应选择500mA以上的保险丝。

（2）浪涌二极管选型（过压保护）

浪涌二极管（TVS）的参数选择主要包括：

• 工作电压（VRWM）：通常取80%~90%的击穿电压（VBR）。
• 击穿电压（VBR）：必须大于系统最大工作电压。
• 钳位电压（VC）：必须小于被保护电路的耐受电压。

对于3.3V锂电池，可以选择VRWM在3.3V左右，VBR大于3.3V且小于6V的浪涌二极管。

3. 是否涉及高低电平转换？

在本设计中，MCU内部已包含电压转换功能，因此暂时不需要额外的高低电平转换。但在需要转换指定电压的情况下，可以选择LDO（低压差线性稳压器）或DCDC（直流转直流电源）。

（1）LDO和DCDC的优劣

• LDO适用于压差小、效率要求不高的环境，只能降压，输出电流与输入电流相近，外围电路简单。
• DCDC适用于压差大的电路，效率高，可升压或降压，静态电流小，但外围电路复杂，成本较高。

（2）降压型DCDC变换方式

降压型DCDC变换器可分为异步整流型Buck和同步整流型Buck：

异步整流Buck

同步整流Buck

• 异步整流Buck使用二极管进行续流。
• 同步整流Buck用内置MOSFET替代二极管，需要额外的控制电路。

选择时，性价比、可靠性和高电压输出场景优先选择异步Buck；功耗、效率和非连续工作场景优先选择同步Buck。

（3）LDO和DCDC的效率计算公式

• LDO效率 = 输出电压 / 输入电压
• DCDC效率 = 输出功率 / 输入功率

4. 如何通过机械开关实现供电和断电？

机械开关的选择主要考虑其工作电压和工作电流，必须满足电路设计的电流需求。建议选择SMD（贴片）封装的开关，以减小体积。

三、实际电路

设计电池底座及保护电路时，可以根据具体需求选择是否添加浪涌保护。在本设计中，未添加浪涌保护。