秦軍　朱敏　黃宏偉

【摘 要】針對數(shù)字壓力表鋰電池供電方式，設(shè)計出基于TP4057管理芯片的數(shù)字壓力表鋰電池充電管理系統(tǒng)。實現(xiàn)了通過USB接口對數(shù)字壓力表鋰電池進行充電，并對鋰電池進行充電保護和熱保護。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字壓力表；鋰電池充電；USB充電

0.引言

隨著科技的發(fā)展和進步，工業(yè)測量儀器儀表包括壓力測量儀器也在朝著高性能、數(shù)字化、集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，電池供電的數(shù)字式壓力表在工業(yè)生產(chǎn)中大量使用。鋰離子電池具有放電電壓穩(wěn)定、體積/能量比高、自放電率低、循環(huán)使用壽命長等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于消費類電子產(chǎn)品和工業(yè)產(chǎn)品中。鋰電池在充電過程中，電池芯過充到電壓高于4.2V后，會開始產(chǎn)生副作用。過充電壓愈高，危險性也跟著愈高。有時在短路發(fā)生前電池就先爆炸。因此，對鋰電池的充電保護十分必要。

1.系統(tǒng)設(shè)計

充電電源可選擇電源適配器或USB供電。

圖1 系統(tǒng)框圖

2.充電管理

2.1管理模塊

TP4057是南京拓微集成電路有限公司生產(chǎn)的一款完整的單節(jié)鋰離子電池充電器，帶電池正、負(fù)極反接保護，采用恒定電流/恒定電壓線性控制。其 SOT 封裝與較少的外部元件數(shù)目使得TP4057是便攜式應(yīng)用的理想選擇。TP4057 可以適合USB電源和適配器電源工作，輸入電壓4-9V，典型值5V，可改變6腳電阻來控制充電電流。計算公式：RPROG=1000/IBAT（當(dāng)IBAT<300毫安時）、RPROG=1300/IBAT-1000（當(dāng)IBAT>300毫安時），調(diào)節(jié)范圍：100～500毫安，截止充電電壓4.2V。外圍簡單，由于采用了內(nèi)部PMOSFET架構(gòu)無需外接開關(guān)管，加上防倒充電路，所以不需要外部檢測電阻器和隔離二極管。熱反饋可對充電電流進行自動調(diào)節(jié)，以便在大功率操作或高環(huán)境溫度條件下對芯片溫度加以限制。TP4057的其他特點包括充電電流監(jiān)控器、欠壓閉鎖、自動再充電和兩個用于指示充電結(jié)束和輸入電壓接入的狀態(tài)引腳。

2.2充電過程

待充電電池接入后，若電池電壓小于2.9V，則TP4057將對電池進行預(yù)充電，此時充電電流為設(shè)定電流的1/10，當(dāng)電壓上升到2.9V后，TP4057按設(shè)定電流恒流充電，當(dāng)電壓上升到4.1V（充電到80%～90%）后恒流充電結(jié)束，輸出電壓恒定在4.2V，輸出電流再次降為設(shè)定電流的1/10，開始恒壓涓流充電，當(dāng)電池電壓達(dá)到4.2V后，充電過程完成。此后TP4057將連續(xù)監(jiān)測電池電壓，若電池電壓下降到4.1，則會再次進入充電過程。當(dāng)輸入電壓（適配器或USB電源）被拿掉時，TP4057自動進入一個低電流狀態(tài)，電池漏電流在2uA以下。

3.硬件電路

電路原理：

設(shè)計中利用USB和外接適配器供電，芯片3腳為電流輸出腳也是電池正極引腳，此腳與數(shù)字壓力表系統(tǒng)電源腳Vcc相連，電池放電時為整個系統(tǒng)提供電源。當(dāng)有外接電源或USB接入時，利用供電切換電路關(guān)掉電池供電，此時用外接電源為數(shù)字壓力表系統(tǒng)供電，保證鋰電池充電時充電電流恒定。當(dāng)連接電源充電時D6綠色LED點亮指示正在充電。

圖2 硬件電路圖

由于 SOT23-6 封裝的外形尺寸很小，大電流應(yīng)用中（400mA 以上）散熱效果不佳可能引起充電電流受溫度保護而減小。設(shè)計中為了得到較大充電電流，沒有接熱耗散電阻。而是采用了大面積PCB板敷銅的辦法，用于耗散 IC所產(chǎn)生的熱量。PCB板銅面為散熱器，引腳相連的銅箔面積應(yīng)盡可能地寬闊，并向外延伸至較大的銅面積，以便將熱量散播到周圍環(huán)境中，芯片底部打多組通孔進行散熱。

芯片3腳采用5K電阻上拉，使充電管理系統(tǒng)工作在無電池不閃燈狀態(tài)。設(shè)定充電電流為400mA。為保證各種情況下可靠使用，防止尖峰和毛刺電壓引起的芯片損壞， TP4057 的4腳輸入端和3腳輸出端分別接1uF和10uF的鉭電容。

表1 RPROG 與充電電流的關(guān)系

4.結(jié)語

本文設(shè)計了基于TP4057管理芯片的數(shù)字壓力表鋰電池充電管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了數(shù)字壓力表鋰電池充電的管理和保護，本充電管理系統(tǒng)在生產(chǎn)使用中獲得良好效果。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]南京拓微集成電路有限公司.TP4057 Data sheet.

[2]劉軍，伍堂順.AVR單片機的鋰電池組充放電保護系統(tǒng).單片基于嵌入式系統(tǒng).100-623X，2013，7.

[3]王晉鵬，胡欲立.鋰離子蓄電池溫度場分析[J].電源技術(shù)，2008，32（2）.