今天給大家分享的是：鋰離子電池電路負載共享設計的優(yōu)缺點。

一、鋰電池設計-不應該做什么？

在設計第一個鋰離子電池充電器時，你的第一直覺設計可能是下面這個圖，簡單明了，但是將負載與電池并聯會有很多潛在的問題和危險。

鋰離子電池設計圖

很多鋰離子電池充電器Datasheet實際上建議下面這種方案。BQ2410C充電芯片的Datasheet顯示了與電池并聯的負載。

【BQ24103ARHLR PDF數據手冊】_中文資料_引腳圖及功能_(德州儀器 TI)-采芯網

與電池并聯的負載

這個設置在某些情況是適用的，但是對大部分設計都不是一個好的方法。

原因很簡單。如果充電器的輸出直接連接到電池和系統(tǒng)負載的其余部分，那么就沒有辦法檢測到進入電池的電流。如果系統(tǒng)吸收足夠大的負載開始降低電壓軌本身，問題就會變嚴重。

主要問題在于計費算法的最后部分，IC檢測充電電流什么時候停止充電，如果系統(tǒng)正在消耗電流，充電器可能永遠不會關閉，從而損壞電池。

下面將討論3個鋰離子電池充電器電路，設計會更復雜，但是會更安全和有效。

二、充電時禁止用系統(tǒng)負載

最簡單的鋰離子電池充電器電路就是在充電時簡單地禁用系統(tǒng)輸出，在日常生活中的很多產品都比較常見，尤其是在使用過程中消耗大量電流的產品，例如：便攜式真空吸塵器。

最簡單的方法就是簡單地使用一個與電池串聯的MOS管為系統(tǒng)負載供電，輸入電源控制MOS管的柵極，當你插入電源時，MOS管關閉，斷開系統(tǒng)負載。

標準“并行”充電方案的簡單改進

由于系統(tǒng)負載只有在不充電時才有電，因此系統(tǒng)設計的其余部分會變得相對簡單，你可以根據當前使用的電源來處理不同的情況。

優(yōu)點：

• 主要組件，快速為電池充電，充電器只為電池充電。

• 只需要在電池負載條件下注意電路

缺點：

• 充電時不允許使用系統(tǒng)

三、讓負載在充電時接受輸入電源

這種鋰離子電池充電器與前面的很相似，但是有2個地方不同。

• 不僅使用MOS管，還通過二極管將輸入電源傳遞到負載。通過將FET柵極串聯連接到輸入電源和二極管（通常時肖特基二極管），系統(tǒng)負載在充電時從輸入電源獲取電力，需要二極管來防止電池反饋到輸入源，你也可以使用MOS理想二極管替換該二極管來降低壓降。

• 添加了一個與另一個附加的P MOS管，這可以防止輸入電源通過體二極管直接為電池充電。

鋰電池設計

通過添加一個與輸入電源串聯的肖特基二極管，你可以讓系統(tǒng)負載在充電時有電。使用這個方法最重要的是要了解電源的局限性。

例如：

• 一個標注的5V USB是主要輸入，可以提供~500mA。

• 有一塊1000mAH 鋰離子電池，最大充電率為 0.5C（500mA），最大放電率為 1C（1A）。

• 充電IC以最大300mA的電池充電（主要發(fā)生在充電周期的恒流部分）

• 根據狀態(tài)，負載可以使用 50mA 到 500mA 之間的任何地方。

不插電時，負載完全由電池供電，沒有任何限制，能夠完全吸收500mA。插入電路板進行充電，在恒流模式下，USB電源提供大約300mA的電流。意味著系統(tǒng)的其余部分只有200mA可用。設計正確的下游系統(tǒng)設計對于防止電源損壞非常重要。

這個方案通常會要求你將VUSB饋送到系統(tǒng)微控制器中，這樣的話，你可以計算充電時間，確保不會發(fā)生過載情況。

優(yōu)點：

• 相比之前的方法沒有復雜多少，仍然只需要幾個部分

• 允許系統(tǒng)在充電時使用

缺點：

• 負載有可能使輸入充電電源過載，從而造成損壞。

• 系統(tǒng)必須要知道何時充電，但這樣會讓設計變得更為復雜

• 要求系統(tǒng)考慮輸入電源和電池之間的電壓差異

四、使用電源路徑進行負載共享

這是目前方法里面比較好的，吸收了現有方法的優(yōu)點，去除了主要的缺點。

BQ2403X是具有電源路徑的充電IC示例

在電池和系統(tǒng)負載之間采用了MOS管開關，不是在充電時簡單地切斷電源而是使用DPPM（動態(tài)電源路徑管理）

也就是說，充電時，IC將從墻上電源為系統(tǒng)負載供電，就像示例2中的一樣，如果系統(tǒng)負載消耗的電量超過墻上電源的供電能力，就會切換允許電池組供電上差異，因此，無論充電與否，電源路徑都可以提供相同的電源。

這樣的話簡化了系統(tǒng)設計，可以不用擔心電池和充電源之間的電流限制，只要電池能夠提供那么大的電流，IC就會處理。

同時還有許多簡潔的功能，比如在充電時立即為系統(tǒng)負載供電，即使電池甚至放電也是這樣。

但是需要注意一件事情，大多數都在硅膠中內置了MOS管，你必須要確保IC的電流限制對你的設計來說是比較高的，有些使用外部MOS管。這可以允許選擇高功率MOS管。

優(yōu)點：

• 允許系統(tǒng)在充電時優(yōu)點

• 消除輸入充電電源的電源限制

• 不用擔心電源，IC完全可以處理

缺點

• 價格更好

• 零件要求需要比較小

在設計鋰離子電池的電路時，需要考慮很很多事情，通常電如何與充電器負載會被忽視。

這里討論用于負載共享的各種鋰離子電池充電器電路。在許多設計中，無需再充電時使用設備，對于這種情況，在充電時禁用系統(tǒng)負載是一種成本低且簡單的解決方案。

如果系統(tǒng)負載始終需要電源，則電源必須來自充電器或者電池，根據電源要求，必須使用直接從充電器供電或者使用智能電源路徑IC的電源。