锂离子电池电路负载共享设计总结，电路案例+优缺点

发布日期：2024-07-10

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今天给大家分享的是：锂离子电池电路负载共享设计的优缺点。

一、锂电池设计-不应该做什么？

在设计第一个锂离子电池充电器时，你的第一直觉设计可能是下面这个图，简单明了，但是将负载与电池并联会有很多潜在的问题和危险。

锂离子电池设计图

很多锂离子电池充电器Datasheet实际上建议下面这种方案。BQ2410C充电芯片的Datasheet显示了与电池并联的负载。

【BQ24103ARHLR PDF数据手册】_中文资料_引脚图及功能_(德州仪器 TI)-采芯网

与电池并联的负载

这个设置在某些情况是适用的，但是对大部分设计都不是一个好的方法。

原因很简单。如果充电器的输出直接连接到电池和系统负载的其余部分，那么就没有办法检测到进入电池的电流。如果系统吸收足够大的负载开始降低电压轨本身，问题就会变严重。

主要问题在于计费算法的最后部分，IC检测充电电流什么时候停止充电，如果系统正在消耗电流，充电器可能永远不会关闭，从而损坏电池。

下面将讨论3个锂离子电池充电器电路，设计会更复杂，但是会更安全和有效。

二、充电时禁止用系统负载

最简单的锂离子电池充电器电路就是在充电时简单地禁用系统输出，在日常生活中的很多产品都比较常见，尤其是在使用过程中消耗大量电流的产品，例如：便携式真空吸尘器。

最简单的方法就是简单地使用一个与电池串联的MOS管为系统负载供电，输入电源控制MOS管的栅极，当你插入电源时，MOS管关闭，断开系统负载。

标准“并行”充电方案的简单改进

由于系统负载只有在不充电时才有电，因此系统设计的其余部分会变得相对简单，你可以根据当前使用的电源来处理不同的情况。

优点：

主要组件，快速为电池充电，充电器只为电池充电。
只需要在电池负载条件下注意电路

缺点：

充电时不允许使用系统

三、让负载在充电时接受输入电源

这种锂离子电池充电器与前面的很相似，但是有2个地方不同。

不仅使用MOS管，还通过二极管将输入电源传递到负载。通过将FET栅极串联连接到输入电源和二极管（通常时肖特基二极管），系统负载在充电时从输入电源获取电力，需要二极管来防止电池反馈到输入源，你也可以使用MOS理想二极管替换该二极管来降低压降。
添加了一个与另一个附加的P MOS管，这可以防止输入电源通过体二极管直接为电池充电。

锂电池设计

通过添加一个与输入电源串联的肖特基二极管，你可以让系统负载在充电时有电。使用这个方法最重要的是要了解电源的局限性。

例如：

一个标注的5V USB是主要输入，可以提供~500mA。
有一块1000mAH 锂离子电池，最大充电率为 0.5C（500mA），最大放电率为 1C（1A）。
充电IC以最大300mA的电池充电（主要发生在充电周期的恒流部分）
根据状态，负载可以使用 50mA 到 500mA 之间的任何地方。

不插电时，负载完全由电池供电，没有任何限制，能够完全吸收500mA。插入电路板进行充电，在恒流模式下，USB电源提供大约300mA的电流。意味着系统的其余部分只有200mA可用。设计正确的下游系统设计对于防止电源损坏非常重要。

这个方案通常会要求你将VUSB馈送到系统微控制器中，这样的话，你可以计算充电时间，确保不会发生过载情况。

优点：

相比之前的方法没有复杂多少，仍然只需要几个部分
允许系统在充电时使用

缺点：

负载有可能使输入充电电源过载，从而造成损坏。
系统必须要知道何时充电，但这样会让设计变得更为复杂
要求系统考虑输入电源和电池之间的电压差异

四、使用电源路径进行负载共享

这是目前方法里面比较好的，吸收了现有方法的优点，去除了主要的缺点。

BQ2403X是具有电源路径的充电IC示例

在电池和系统负载之间采用了MOS管开关，不是在充电时简单地切断电源而是使用DPPM（动态电源路径管理）

也就是说，充电时，IC将从墙上电源为系统负载供电，就像示例2中的一样，如果系统负载消耗的电量超过墙上电源的供电能力，就会切换允许电池组供电上差异，因此，无论充电与否，电源路径都可以提供相同的电源。

这样的话简化了系统设计，可以不用担心电池和充电源之间的电流限制，只要电池能够提供那么大的电流，IC就会处理。

同时还有许多简洁的功能，比如在充电时立即为系统负载供电，即使电池甚至放电也是这样。

但是需要注意一件事情，大多数都在硅胶中内置了MOS管，你必须要确保IC的电流限制对你的设计来说是比较高的，有些使用外部MOS管。这可以允许选择高功率MOS管。

优点：

允许系统在充电时优点
消除输入充电电源的电源限制
不用担心电源，IC完全可以处理

缺点

价格更好
零件要求需要比较小

在设计锂离子电池的电路时，需要考虑很很多事情，通常电如何与充电器负载会被忽视。

这里讨论用于负载共享的各种锂离子电池充电器电路。在许多设计中，无需再充电时使用设备，对于这种情况，在充电时禁用系统负载是一种成本低且简单的解决方案。

如果系统负载始终需要电源，则电源必须来自充电器或者电池，根据电源要求，必须使用直接从充电器供电或者使用智能电源路径IC的电源。

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