在這個項目中，我們將使用微芯片中的MCP73844模塊來制作一個2S充電器模塊。該充電器能夠承受2- 12v的電壓，并以2S配置為鋰離子電池和鋰電池充電。這個項目的目的是開發(fā)一個充電電路，可以用作任何消費級項目的子系統(tǒng)。充電器模塊可以與標準的移動適配器或移動電源連接，也可以與12伏的充電器連接。我還會告訴你我們如何通過修改單個組件來使用相同的電路為單個鋰離子或鋰離子電池充電。在這個項目中，我將在內部設計和制造整個電路，從電路設計，PCB制作到焊接SMD組件都是在內部完成的。我們還將看到如何改變充電速率、散熱和其他參數(shù)，以使電路適合不同的用例。

電池充電器電路概述

如上所述，電路可以接受2V到12V之間的任何電壓，因此我們主要關注的是5V輸入，這是所有手機充電器，移動寶，甚至電腦的USB端口所提供的。電路分為兩部分。當使用5V輸入時，第一步是從5V提升電壓，以便我們的充電器IC可以使用它。我們把電壓提高到12伏。升壓后的電壓被輸入到充電控制器電路中，該電路給出一個受控的輸出來給電池充電。

MCP73844線性電荷管理控制器

系統(tǒng)的核心是充電器管理控制器IC，本課題采用的是微芯片MCP73844。該IC屬于微芯片的線性管理控制器系列MCP 7384x，專為低成本和空間有限的應用而設計。這些高度先進的集成電路具有恒壓(CV)和恒流(CC)充電技術，與大多數(shù)低成本產品不同，具有諸如電池預處理，自動充電終止，充電指示，安全定時器甚至可選的電池溫度監(jiān)測等功能。我們使用的IC采用8引腳MSOP封裝，如果您想要可選的電池溫度功能，您可以選擇MCP73841或MCP73842。下面給出了MCP73843/MCP73844模塊的應用電路。

圖1鋰離子電池充電器電路

我們的IC的功能框圖取自數(shù)據(jù)表，如下所示：

在上述功能框圖中，2引腳即THREF和THERM僅在用于監(jiān)測電池溫度的MCP73841/ MCP73842中可用，這些IC采用10引腳MSOP封裝，不像我們使用的IC的8引腳MSOP封裝。除了這兩個引腳外，所有4個ic的連接和功能都是相似的。ic的引腳描述如下：

組件選擇

充電器是高度可定制的，我們可以選擇不同的充電速率，效率等通過選擇不同的被動元件。我們設計的充電電路是針對2S電池配置的最大充電速率為2A/小時。最大功率將通過最大輸出電壓(Vout_max)與最大輸出電流(Iout_max)的積分來給出。因此，功率將是16.8瓦。我們的IC的連接如下所示。

在這里，R3電阻作為一個分流電阻。輸出電流基于這個分流電阻公式的值，該公式的值由Rshunt = VFSC / IFSC給出

這里，Rshunt是分流電阻的值

由上式可知，快充電流與分流電阻成反比，通過改變R3的值就可以達到期望的輸出。

注意:

電阻器的值將改變此時的發(fā)熱量和功率損耗，可通過公式P=R*(I*I)計算。

因此，在確定快速充電速率時，您必須考慮到這一點。

我們使用的MOSFET是p通道MOSFET S19433BDY，您可以用Fairchild?NDS8434或IRF7404代替它。

電池管理輸入引腳(VDD)

VDD是防止電池耗盡的輸入電源，當VDD電源不存在時，它進入下電模式，低于一定的電壓閾值，從而提高電池的壽命。

我們使用肖特基二極管來防止反向電流流向升壓電路。

熱的考慮

在選擇組件時，您要么必須限制充電電流，要么必須增加銅墊的尺寸，并包括多個過孔，以有效散熱，以獲得更好和更持久的操作。在選擇組件時，您必須進行設計權衡。

絕對最大評級

VDD - 13.5v

所有輸入和輸出w.r.t?！?0.3至(VDD+0.3)V

DRV引腳電流-±4ma

STAT1引腳電流-±30 mA

最高結溫，TJ—150°C

儲存溫度-- 65°C至+150°C

我們的充電器參數(shù)：

如果您想為1S電池或單個鋰離子/鋰離子電池設計充電器，您可以用MCP73841或MCP73842替代MCP73844。MCP73841將具有完全相同的電路，而MCP73842將僅具有用于溫度測量的額外連接。剩下的電路將保持不變。

升壓電路使用MT3608

如上所述，我們的IC的工作電壓在8.7 V到12v之間，因此，為了使這個系統(tǒng)兼容5v輸入，我們需要設計一個升壓電路?？紤]到這個充電器可以用于消費級產品，我們使用的IC是MT3608，它采用6針SOT23封裝，它具有熱過載保護，欠壓保護和限流，同時具有高效率。基本應用電路和效率曲線如下圖所示。

MT3608技術參數(shù)：

IC各引腳的引腳圖及功能如下圖所示

絕對最大額定MT3608

IN， EN電壓-- 0.3 v至26V

工作溫度-- 40°C至+85°C

FB電壓—-0.3V至6V

結溫- 160°C

SW電壓—-0.3V至30V

儲存溫度范圍-- 65°C至150°C

峰值SW吸收和源電流- 4A

MT3608集成電路能夠接受低至2V的輸入電壓。對于我們的應用，我們有一個固定的5V輸入，我們需要的輸出應該低于12V，因此我們將根據(jù)我們的要求設計電路。原理圖如下：

如何設置輸出電壓

我們的IC的內部基準是0.6V。輸出電壓可以通過改變電阻RV1和R2的值來控制，該值由公式-給出

如果您愿意，您可以使用50K歐姆的固定電阻替換鍋，這將為您提供9.6V的恒定輸出，這將適合我們的應用。

電感值應在4.7uH至22uH之間。為了提高升壓電路的效率，電感器必須在1.2mHz頻率(輸出MT3608的工作頻率)下具有較低的鐵芯損耗和較低的DCR值。輸入和輸出電容都應該是22uC，最好選用ESR值較低的陶瓷電容。在選擇二極管時，二極管的擊穿電壓值應大于輸出電壓，因此肖特基二極管是此應用的良好選擇。此外，二極管的額定電流應滿足輸出電流乘以峰值電流的均方根，可以寫成

對于我們的案例，我們將使用肖特基二極管，額定電流為2安培。

在PCB中放置組件時需要考慮的一些重要事項

?輸入和輸出電容應靠近集成電路。

?主電流走線應保持短而寬(至少20mil)。

?一個共同的接地平面將有助于減少噪音，也可以作為散熱器工作。

設計該電路所需的元件有：

電容器

?2 × 22uF

?2 × 10uF

?1 × 0.1uF

二極管

?2 ×肖特基二極管

?1 xLED

ICs

?1 * MCP73844

?1 × MT3608

電感器

?1 × 20uH

電阻

?1個鍋

?1 × 3.3

?1 × 100mohm

?1 x 1k

場效應晶體管

?S19443BDA

模塊的設計與制作

在選擇了所有組件之后，我使用KiCad的原理圖編輯器Eschemia繪制了一個原理圖。原理圖如下所示。如上所述，電路分為2部分，電壓升壓電路和充電電路。

完成原理圖后，我將文件導出到KiCad的PCB編輯器中。牢記所有的設計約束。我放置了所有的組件，并做了銅傾倒共同接地如下圖所示。

檢查完PCB連接后，我打印出了PCB，并使用鐵盒將打印件印在銅板上。銅包層上的印記很好，因此我將PCB浸入氯化鐵溶液中，并按要求在銅溶液上獲得痕跡。

注意：當使用SMD組件時，請始終記住拍攝PCB打印的鏡像，因為當您將打印從紙轉移到覆層時，您將獲得鏡像打印

在檢查走線的連接性后，我焊接了電路板上的所有組件，之后剩下的就是測試設置。您可以從給定的鏈接下載Gerber文件。

5V輸入測試電路

為了測試電路，我連接了兩個標稱電壓為3.7 V，容量為1200mAh的鋰離子電池。兩個電池串聯(lián)時充電到7.55V。我連接了設備，充電燈開始發(fā)光。至于電源，我使用了蘋果公司的10W充電器，用USB轉DC插孔電纜連接。電池連接約50分鐘后才完全充電，LED指示燈自動關閉，表明充電完成。

當我們測量流向電池組的電流時，它的最大值約為1A，大多數(shù)時候在100mA-500mA左右。在最大功率下，電池充電功率約為9W。

12V輸入測試

當我們用12v充電器給充電器模塊供電時，輸出電壓在8-10V左右，但輸出的電流高達2.2安培，超過16W的功率。使用這種設置，電池在快速充電階段可能會發(fā)熱一點，但這不應該是一個問題，也不應該降低電池的壽命。

總結

這是一個非常簡單但有效的電路，可以用于消費級產品。整個系統(tǒng)的尺寸可以有效地減小，但由于我們試圖在內部制造它，我們沒有將組件放置在彼此非常接近的位置。充電模塊效率非常高，并具有許多功能，如電池預處理，這是在便宜的選擇，這一功能補充過放電的電池在一個可控的方式，從而提高您的電池壽命。這種高度可定制的設計可以真正提高整體效率和健康的電池組。

本文編譯自circuitdigest