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      张飞软?#37096;?#28304;基于STM32 BLDC直流无刷电机驱动器开发视频套件,??戳此立抢??

      usb接口充电电路设计方案选择与分解(MAX1551/1555 LTC4053)

      电子设计 ? 2018-11-01 10:01 ? 次阅读

        如何利用随处可见的电脑USb接口为这些设备所用的锂离子电池充电,是目前USB接口应用的一个热点。鉴于此,本文提出了基于USB接口的锂离子电池充电电路设计的3种方案,我们可以根据用途、成本等?#23548;是?#20917;来选择不同的方案以满足不同的要求。

        1 锂离子电池及USB接口概述

        锂电池是近年来逐渐普及使用的一种新型电池,具有体积小、重量轻、容量大(能量密度高)、自放电率低?#32422;?#26080;记忆效应等优点,但同时它也有一些致命的缺陷:对充电、放电的要求比较?#37327;蹋?#19981;能过充和过放,否则容易造成不可逆转性损坏,在短路、过充等极端情况下还有可能发生爆炸,产生危险。

        一般锂电池单节标称电压为316~317V,充电时,一般要求采用限压限流法,首先恒流充电,即电流一定,充电电流按国家标准规定的低倍率充电是 0.2C(仲裁充电制式),最大不超过1C;而电池电压随着充电过程逐步升高,当电池端电压达到终止电压412±0105V时,应改恒流充电为恒压小电流 (约011C)充电,这个状态一般称为涓流充电状态。充电电流根据电芯的饱和程度,随着充电过程的继续逐步减小,当减小到0101C时,认为充电终止。

        USB接口是英文UniversalSerialBus的缩写,中文含义是“通用串行总线?#34180;?#23427;是一种应用在PC领域的新型接口技术。USB使用一个4针插头作为标准插头与外部设备进行连接。在这个4针插?#20998;校?有两针为数据通信线,而外侧的两针则为外部设备提供电源。按照USB规范,每个USB接口应能提供500mA的电流输出;由USB主机或带电源的集线器提供的USB接口,所接外设端的最小可用电压为4.5V,而由USB总线驱动的集线器能提供的最小则应为4.35V.值得注意的是,虽然USB规范定义了提供的电流上限不得超过015A,但?#23548;?#19978;USB端口输出的电流经常超过几安培。

        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

        2.1方案一

        图1是市面上的一些“USB充电线”的内部电路。其主要原理是利用电阻限定最大电流,利用二极管的压降(约0.7V)把USB接口5V左右的输出电压降到 4.2V左右然后对锂电池充电。这个电路具有简单、成本低的优点,但缺点也是显而易见的:充电电流和充电电压因USB接口的不同?#32422;?#30005;池状态的不同而有所不同,基本上无法把握,在很多时候电池极有可能充不满(充电电压达不到4.2V),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。

        

        2.2方案二

        图2是由MAX1551/1555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,?#24066;鞺SB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(最大值)。这样在不需要端口通信的情况下,就?#24066;?#20174;供电的 或未供电的USB口充电。当DC电源接通后,充电电流被设定为280mA(典型值),同时USB接口的输入自动被切断。如果两个输入端都无电压输入,电路 则自动截止,这时电池的反向漏电流小于5uA,无需外加二极管来防止电池漏电而发生损耗。

        

        当电池电压低于3V时,会进入充电电流被限定为40mA的预充电模式(涓流充电状态),只有当电池被充到3V以上时才进入正常的充电模式(100mA或 280mA)。这样的模式保护了深度放电的电池。图3和图4分别是用DC电源盒USB接口作为输入的电池电压与充电电流的关?#30331;?#32447;。

        

        

        另外,对于MAX1551“,/POK”用于指示输入电源是否接通(输入电压3.95V时输出低电平);而对于MAX1555“,/CHG”用于指示充电状态(当充电电流大于50mA时输出低电平)。

        2.3方案三

        应该说,方案二是一个安全、各方面考虑比?#29616;?#20840;和完善的USB锂电池充电方案。但该方案的缺点在于:充电电流?#36824;?#23450;在100mA或280mA左右,特别是在 USB接口供电时,只能是100mA的充电电流对于容量较大电池来说,需要花费相当长的充电时间。另外一个缺点是没有充电定时功能,充电的结束与否不能进行人为控制。图5是另一个实用USB接口充电电路,使用LTC4053作为设计核?#27169;缺?#25345;了方案二的优点又解决了上述不足。

        

        LTC4053是凌特(LINEAR)公司推出的一款可以从一个USB接口直接供电的锂离子电池用独立型定时终止恒流/恒压线性充电器IC,为10 脚MSOP封装。可以直接由USB接口对单节锂电池进行充电,?#37096;?#20197;?#24066;?#20351;用墙壁AC适配器的DC电源作为供电电源。所需的输入电压范围是 4.25V~6.5V.包括一个片内功率Mosfet管。这个芯片的最大特点是?#24066;?#35774;计者自行设定充电电流和充电时间,充电终止电压则已预设为4.2V.

        在图5中,充电电流是由LTC4053的PROG(7)引脚上的电阻R来设定的,其计算公式为:R=1500V/ICHG,例如要设定的充电电流为 500mA,则R=1500V/015A=3kΩ。充电电流最大可设为1125A.图6为充电电流与电池电压的关?#30331;?#32447;图。

        

        LTC4053的tiMER(4)引脚上的电容C用于设定充电时间,计算公式为:T(小时)=C(uF)?3/011uF.当C=011uF时,充电时间为3小时。

        这个电路具有类似方案二预充电模式的涓流充电模式,并特有?#25910;?#30005;池检测功能:当电池电压低于2.48V时,以全标度电流的10%涓流充电;如果这种状态?#20013;?#30340;时间超过总充电时间的四分之一,则认为电池已损坏而停止充电循环。

        LTC4053本身具有完善的温度检测和补偿、调整功能,可以?#24066;?#29992;户安全地以较大电流充电从而大大减少充电时间,图7为充电电流与环境温度的关?#30331;?#32447;图。同样,当LTC4053无电压输入时,电路能自动截止,反向漏电流小于5uA,无需外加二极管来防止电池漏电,避免了电池的损耗。

        

        3 结语

        毫无疑问,在这三个方案中,第三个方案的功能是最完善,其设计应用的灵活性也最大的,但芯片的引脚较多,器件成本可能也?#32570;?#30340;方案要高些。在?#23548;?#20013;,我们可以根据用途、成本等?#23548;是?#20917;来选择不同的方案以满足不同的要求。随着集成电路技术的发展、新器件的不断推出,我们相信会有更多更好的USB充电方案出现。

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      这些大厂希望能制定一种在消费性、通讯及计算机等3C领域上,各种 NAND Flash 应用的高性能通....
      发表于 01-21 15:20 ? 132次 阅读
       三星和诺基亚等厂商正在推动NAND Flash应用接口标准UFS的规格统一

      用90s2313做的USB接口的红外遥控器

      在网上看到一篇使用AT90S2313芯片做红外遥控的电路,把电路图摘下来了,有兴趣的朋友可以做一个玩....
      的头像 电子设计 发表于 01-20 09:52 ? 754次 阅读
      用90s2313做的USB接口的红外遥控器

      USB 3.0电缆与USB 2.0电缆对比分析

      和USB 1.1升级到USB 2.0一样,新的USB 3.0接口和电缆的物理特性是向?#24405;?#23481;的。当然,....
      发表于 01-18 15:04 ? 515次 阅读
      USB 3.0电缆与USB 2.0电缆对比分析

      如何在USB口不通电的情况下判断端口上是否连接了设备?

      设备上有
      发表于 01-17 09:05 ? 473次 阅读
      如何在USB口不通电的情况下判断端口上是否连接了设备?

      精选USB从入门到设计进阶资料

      发表于 01-14 17:09 ? 737次 阅读
      精选USB从入门到设计进阶资料

      USB接口IP核关键模块的设计和验证

      USB通信逻辑上分成了3层:信号层、协议层和数据层。信号层用来实现在USB设备和主机的物理连接之间传....
      发表于 01-11 15:31 ? 249次 阅读
      USB接口IP核关键模块的设计和验证

      USB2.O接口电路与红外传输技术结合实现测试仪与PC机之间的数据传输

      本传输?#20302;?#20027;要由USB2.0接口电路(包括接口器件CY7C68013、电源转换、串行E2PROM)、....
      发表于 01-11 15:03 ? 171次 阅读
      USB2.O接口电路与红外传输技术结合实现测试仪与PC机之间的数据传输

      USB接口的各种标准对比分析

      我们的USB接口出现3.0标准时,蓝色接口让?#35828;?#19968;眼就能将新接口与之前的接口分开来,不过虽然USB3....
      发表于 01-10 15:05 ? 731次 阅读
      USB接口的各种标准对比分析

      USB接口WiFi模块WG209 使用 WPA_SUPPLICANT 连接AP热点的使用说明

      ?硬件:WG209?平台:UBUNTU12.04 32 位驱动:DPO_MT7601U_LinuxSTA_3.
      的头像 GPS_WiFi_蓝牙模块知识 发表于 12-27 22:28 ? 892次 阅读
      USB接口WiFi模块WG209 使用 WPA_SUPPLICANT 连接AP热点的使用说明

      SKYLAB-3款USB接口WiFi模块介绍

      (1)USB接口WiFi模块WG209WG209?是?符合802.11b/g/n无线标准的1T1R USB?接
      的头像 GPS_WiFi_蓝牙模块知识 发表于 12-27 22:28 ? 1473次 阅读
      SKYLAB-3款USB接口WiFi模块介绍

      QC3.0快充输出端的电路原理讨论

      这个是一个QC3.0的快充电路,5V,9V,12V输出的。其中次级输出端的电路如上图。但是?#20063;?#30693;道这个地方的原理是?#35009;础? D5...
      发表于 12-25 10:08 ? 380次 阅读
      QC3.0快充输出端的电路原理讨论

      USB接口是?#35009;碪SB接口定义的资料概述

        USB 是 Universal Serial Bus 的缩写,由 Compaq、Digital、....
      发表于 12-10 08:00 ? 259次 阅读
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      镍铬电池充电电路的原理

      如图 大家帮忙分析一下,谢谢。
      发表于 12-06 09:54 ? 705次 阅读
      镍铬电池充电电路的原理

      案例?#33322;?#36848;WiFi模块连接USB接口摄像头步骤

      一、工具和原料准备:(1)支持usb接口的WiFi模块SKW92(2)usb摄像头(3)带无线网卡的电脑,台式
      的头像 GPS_WiFi_蓝牙模块知识 发表于 11-15 18:19 ? 4243次 阅读
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      解答如何让USB接口提供更大电流

      用USB2.0接口移动硬盘盒与一块20GB容量的笔记本硬盘(IC25N020ATDA04),组成了一....
      的头像 39度创意?#33455;?#25152; 发表于 10-27 10:08 ? 4249次 阅读
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      某品牌洗衣机的电路板工艺与设计缺陷

      本文为电子发烧友网用户?#21644;?#20891;,欢迎烧友们继续来稿! 本人购买某品牌洗衣机,已使用4年多时间,前几天坏....
      的头像 电子设计 发表于 10-22 14:41 ? 2484次 阅读
      某品牌洗衣机的电路板工艺与设计缺陷
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