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多功能随身电源电路

导读: 本文论述的电路系统设计由五部分组成:锂芯容量指示电路、电芯保护电路、充电管理电路、DC-DC升压电路和功能扩展电路。锂芯容量指示电路由XC61CC系列的电压监控芯片组成。电芯保护电路由过充保护、过放保护、过温保护三部分组成。

  本文论述的电路系统设计由五部分组成:锂芯容量指示电路、电芯保护电路、充电管理电路、DC-DC升压电路和功能扩展电路。锂芯容量指示电路由XC61CC系列的电压监控芯片组成。电芯保护电路由过充保护、过放保护、过温保护三部分组成,HAT2027、R5402、自恢复保险丝构建了三重保护,使锂芯安全性大大增强。充电管理电路采用了CN3066,将充电过程分为涓流充电、恒流充电、恒压充电和维护充电四个部分,使移动随身电源能够最大程度地储备能量。DC-DC升压电路采用了MAX1771集成芯片,可将锂芯容量在安全范围内最大限度释放,达到对多种数码设备供电的目的。功能扩展涵盖了户外活动所涉及的常见需求,具有应急夜间高亮照、户外防盗安全警报、野营驱蚊等功能。

  多功能随身电源的电路实现

  锂芯保护电路

  如图1所示,电芯保护电路主要由R5402和HAT2027共同组成。除此之外,自恢复保险丝起到了最后一层保护的作用。

  

  R5402是一种高精度、基于CMOS的锂芯电池电压保护芯片。HAT2027是具有电流流通方向可调的双MOS产品。

  充电时,电池电压从低到高上升,当电池电压大于4.25V时,充电状态被锁存,引脚COUT就会从高电平跳为低电平,HAT2027内置二极管发挥单向导通作用。电流方向只能从1脚到3脚,充电电源无法继续给锂芯充电。如果充电电源继续加载在锂芯电池组两端,即使锂芯电压在4.25V以下,R5402具有的过充锁存状态也不会被释放。这样就保证了电池组在连续充电饱和之后,能锁存在过充状态,隔离充电电源对高能量电池组持续充电。只有当过充时,断开充电电源,过充锁存状态才会被释放,COUT重新变为高电平,HAT2027的1、3引脚此时双向导通,锂芯才能正常工作。

  放电时,电池电压下降,当小于2.3V时,放电状态被锁存,引脚DOUT的输出从高电平跳为低电平,HAT2027内置二极管发挥单向导通作用。电流方向只能从3脚到1脚,锂芯电池组无法继续给负载放电。如果没有接上充电电源,即使锂芯电压高于过放电压的最大值,放电锁存状态也不会被释放,这就保证了电池组在经过长时间放电,电压下降到2.3V之后,能锁存在过放状态,隔离低能量电池组持续放电。只有当过放时,接上充电电源,锂芯电压开始高于过放电压时,过放锁存状态才会被释放,同时引脚DOUT的电压重新变为高电平,HAT2027的1、3引脚双向导通,锂芯既能工作在放电状态,又能工作在充电状态。

  当锂芯短路时,D。,跳到低电平。此时,锂芯受HAT2027控制无法放电,起到锂芯保护作用。与此同时,自恢复保险丝由于短路的大电流,会受热膨胀,电路切断,起到最后一层保护的作用。当短路故障排除,白恢复保险丝恢复,R5402检电器释放,D。,,重新恢复高电平。

  该电路还增设了“休眠”的功能。当电路工作在过放状态,补充电流将会保持非常低的值,从而停止内部电路的工作,使低能量的锂芯不会被R5402和系统后级回路继续消耗能量。 该电路还具有瞬时监控功能。在锂芯负极取一个电压接到R5402的V引脚,内置检电器的延时可以减少大概1/57秒。因此,可以监测电池容量瞬时状态。

  DC-DC升压电路

  本系统中,DC-DC升压电路主要由MAX1771构成,该控制器采用独特的控制方案,结合PFM(脉冲频率调制)及PWM(脉冲宽度调制)的优越性,提供一个高效、较宽电压调节范围的电源。前者具有较小的静态电流,负载小的情况下效率较高,但纹波较大。后者在负载大的情况下具有较高的效率,噪声小。该控制器采用的是一种改进型的限流PFM控制方式,控制电路限制电感充电电流,使其不超过某一峰值电流。既保持了传统PFM的低静态电流,同时在较大负载的情况下,也具有很高的效率。而且由于限制了峰值电流,采用很小体积的外围元件就可获得满意的输出纹波,这样便于降低电路成本及尺寸。

  如图2所示,将4脚接地,可使其工作在闭环状态。芯片由引脚2上的电压供电,同时也是输出电压。输入电压可以进行从2V到输出电压的变化。外接MOS管栅极1脚上的电压,从输出电平到零电平跳变,这样可以提供更人的栅极驱动,从而减小外接MOS管的开启电阻。

  MAX1771外接MOS管平时是关闭的,此时电感储能。关闭期间,MAX1771会检测外部输入电压,一旦降低到了一定限度,MAX1771就会开启外部MOS管,电感释放能量,重新提供驱动电压。开关频率随负载电流和输入电压而定。5V电压通过两个反馈电阻分压得到。

  此外,续流二极管选用肖特基二极管SS34,该器件正向导通电压小,响应时间短。

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