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单节锂电池供电电源电路设计,包括升压、充电管理等电路设计
文章来源:永阜康科技 更新时间:2019/9/7 9:22:00

  近来一直在做一款基于锂电池供电的产品,对于电源部分的大致要求是这样的:

  1、 由单节可充电锂电池供电;

  2、 板子自带充电管理模块,可外接5V太阳能板或安卓手机充电器直接充电;

  3、 需要稳定输出5V电压,给5V模块供电;

  4、 需要稳定输出3.8V电压,瞬间带载能力2A以上,给4G模块供电模块供电;

  5、 需要稳定输出3.3V电压,给MCU和其他3.3V的电子模块供电;

  首先,笔者通过查资料得知,一般标称为3.7V的锂电池的电压范围是在2.8V~4.2V,如果说想要得到稳定的5V、3.8V和3.3V电压,显然不能直接得到,需要借助特定电源芯片来实现。那么该如何选择电源芯片呢?首先,要得到5V电压的话,毋庸置疑,必须得用升压芯片了。那么,3.8V和3.3V两种电压,是否可以直接由锂电池经过LDO来实现呢?没毛病,实现也确实能实现,只不过,似乎有点浪费锂电池的电量,因为不管是哪款LDO,始终都是输入电压要高于输出电压的,这样一来,以得到3.3V电压为例,锂电池的电压最多放到3.3V多一点,就不能继续得到稳定的3.3V电压了,这样显然是不行的!

  思来想去,也只有采用“先升压、再降压”的方案了,选择一款合适的升压芯片,先将锂电池的电压升压至5V,再通过降压芯片,将电压分别稳压至3.8V和3.3V,这样似乎就能满足我们的要求了。

  当然,市面上的升压和降压的芯片确实是比较多,笔者之前尝试过了一种方案,但是感觉不是特别好,于是,后面又找了另外一家的芯片。在厂家技术的指导下,对之前的电路进行了改善。那么废话不多说,接下来,笔者就跟大家来分享一下我的这套方案。

  首先,是锂电池充电管理部分,笔者选用的是TC4056A这款芯片来作为单节锂电池的充电管理芯片:


  这款TC4056A也是市面上比较常见的一款单节锂电池充电管理芯片,充电电压固定在4.2V,最大充电电流可大1A,同时自带锂电池温度检测、欠压闭锁、自动再充电和两个用于指示充电、结束的LED状态引脚。眼尖的高手们或许发现了笔者电路上的一个问题,那就是,锂电池充电部分并没有带保护电路,是不是有安全隐患?其实不然,因为笔者使用的电池是铝包电池,而非18650那种锂电池,这种铝包电池本身就已经带了保护板,所以笔者也就没有再多此一举了,那样也浪费物料。


  接下来,我们就来看下升压部分的电路,锂电池升压部分笔者采用了一颗型号为KF2185的同步升压芯片,这款芯片的同步升压效率最高可达94%,持续带载能力可以达到2A以上,可调节电压输出,外围电路也是很简单。


  接下来,就是3.8V的稳压芯片,笔者这里选用的也是一款可以电压输出的芯片KF7416,这款芯片的转换效率也是最高可达到95%,外围电路也是非常的简单,SOT23-6的封装,也算是很节省空间了。


  最后,就是3.3V电压的稳压电路了,关于3.3V电压其实有两种渠道可以获得,一是从5V得到,另外一种就是从3.8V得到。由于笔者这里的3.8V是要给4G模块供电的,而且,出于省电考虑,在平时用不上4G模块的时候,是需要将4G模块的电源单独断开的,而MCU和其他的3.3V的模块又是需要一直上电的,因此,这里就不能直接用3.8V来稳压了。关于3.3V的稳压芯片实在是太多了,笔者也就随手选了一个性价比还不错的ME6211来使用了。


  另外顺便提下,在有些锂电池应用中,如果不需要用到其他的电压而只需要用到3.3V的电压时,我们也可以选择一个自带升压降压的芯片来实现,就无需先升压再降压了,比如,笔者了解到的KF3448这款芯片,就能达到我们的目的:


  当然咯,在选择这些芯片的时候,很多时候还是要考虑带载能力、功耗、体积、价格等方面的因素,大家在应用中还是要根据自己的实际情况作出合理的选择,或许笔者的这个方案不是最优的,但是也可以作为一种参考,希望能给大家带来帮助。 

 
 
 
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