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1、广西民族学院学报(自然科学版)增刊JOURNALOFGUANGXIUNIVERSITYFORNATIONALITIES2004年12月(NaturalScienceEdition)Dec.2004基于USB接口的锂离子电池充电3电路设计与实现李映超(广西民族学院电子与通信工程学院,广西南宁530006)摘要:介绍了锂离子(Li-ion)电池的基本情况,分析了PC机USB接口用作锂离子电池充电电源的可行性,分别给出了三个可以实际使用的USB接口充电方案,并作了分析和对比.具有很强的实用性和推广价值.关键词:USB接口;锂
2、离子电池;充电;MAX1551/1555;LTC4053中图分类号:TM131文献标识码:A文章编号:1007-0311(2004)ZJ01-0082-04个人电脑(PC机)已得到广泛应用,而USB接口012C(仲裁充电制式),最大不超过1C;而电池电压也已成为PC机上的标准外设接口之一.另一方面,随着充电过程逐步升高,当电池端电压达到终止电压使用锂离子电池的手机、数码相机、MP3播放器等便412±0105V时,应改恒流充电为恒压小电流(约携设备大量涌现.如何利用随处可见的电脑USB接011C)充电,这个状态一般称为涓
3、流充电状态.充电口为这些设备所用的锂离子电池充电,是目前USB电流根据电芯的饱和程度,随着充电过程的继续逐步接口应用的一个热点.减小,当减小到0101C时,认为充电终止.USB接口是英文UniversalSerialBus的缩写,1锂离子电池及USB接口概述中文含义是“通用串行总线”.它是一种应用在PC领锂离子(Li-ion)电池,简称锂电池,是近年来逐域的新型接口技术.USB使用一个4针插头作为标渐普及使用的一种新型电池,具有体积小、重量轻、容准插头与外部设备进行连接.在这个4针插头中,有量大(能量密度高)、自放电率
4、低以及无记忆效应等优两针为数据通信线,而外侧的两针则为外部设备提供点,但同时它也有一些致命的缺陷:对充电、放电的要电源.按照USB规范,每个USB接口应能提供求比较苛刻,不能过充和过放,否则容易造成不可逆500mA的电流输出;由USB主机或带电源的集线器转性损坏,在短路、过充等极端情况下还有可能发生提供的USB接口,所接外设端的最小可用电压为爆炸,产生危险.415V,而由USB总线驱动的集线器能提供的最小则一般锂电池单节标称电压为316～317V,充电应为4135V.值得注意的是,虽然USB规范定义了提时,一般要求采用
5、限压限流法,首先恒流充电,即电流供的电流上限不得超过015A,但实际上USB端口输一定,充电电流按国家标准规定的低倍率充电是出的电流经常超过几安培.3收稿日期:2004210228.作者简介:李映超(19712),男,广西南宁人,广西民族学院电子与通信工程学院讲师,主要研究方向:电子技术应用.82增刊●李映超/基于USB接口的锂离子电池充电电路设计与实现由以上分析可以看出,利用USB接口为锂电池充电,电流方面应该是足够的,关键是如何控制电流的大小.另外,使用电压最小为4.35V的USB接口给典型要求为4.2V的锂电池充
6、电时,电压上只有很小的裕度,这使得充电电路的压降变得极为重要,是设计的难点.2基于PC机USB接口充电电路设计方案图2MAX1551/1555构成的实用USB锂电池充电电路(1)方案一当电池电压低于3V时,会进入充电电流被限定图1是市面上的一些“USB充电线”的内部电为40mA的预充电模式(涓流充电状态),只有当电路.其主要原理是利用电阻限定最大电流,利用二极池被充到3V以上时才进入正常的充电模式(100mA管的压降(约017V)把USB接口5V左右的输出电或280mA).这样的模式保护了深度放电的电池.图3压降到41
7、2V左右然后对锂电池充电.这个电路具有和图4分别是用DC电源和USB接口作为输入的电简单、成本低的优点,但缺点也是显而易见的:充电电池电压与充电电流的关系曲线.流和充电电压因USB接口的不同、电池的不同以及电池状态的不同而有所不同,基本上无法把握,在很多时候电池极可能充不满(充电电压达不到412V),而有时候则可能会过充而损坏电池.这个电路对一些内部具有完善保护电路的锂电池来说尚可接受,而对普通锂电池则有一定危险性.图1简易USB充电线内部结构(2)方案二图3DC输入时电池电压与充电电流关系曲线图图2是由MAX1551
8、/1555构成的一种实用USB锂电池充电电路.MAX1551/1555是MAXIM公司设计生产的USB单节锂电池充电芯片,为5引脚薄型SOT23封装,允许USB接口或者墙壁AC适配器3.7V～7V范围的电压输入.芯片内部还具有温度限制电路.对于这个电路,当连接到USB口、但无墙壁AC适配器的DC电源时,充电电流被设定为100mA(
