基于USB接口的锂离子电池充电电路设计方法

1锂离子电池及USB接口概述

锂离子（Li-ion）电池，简称锂离子电池;,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）、自放电率低以及无记忆效应等优点，但同时它也有一些致命的缺陷：对充电、放电的要求比较苛刻，不能过充和过放，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，出现危险。

一般锂离子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”.它是一种应用在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针插头中，有两针为数据通信线，而外侧的两针则为外部设备供应电源。按照USB规范，每个USB接口应能供应500mA的电流输出；由USB主机或带电源的集线器供应的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供应的最小则应为4.35V.值得注意的是，虽然USB规范含义了供应的电流上限不得超过015A,但实际上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接口为锂离子电池充电，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的锂离子电池充电时，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法

2.1方法一

图1是市面上的一些“USB充电线”的内部电路。其重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左右然后对锂离子电池充电。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接口的不同以及电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离子电池来说尚可接受，而对普通锂离子电池则有一定危险性。

2.2方法二

图2是由MAX1551/1555构成的一种实用USB锂离子电池充电电路。MAX1551/1555是MAXIM公司设计生产的USB单节锂离子电池充电芯片，为5引脚薄型SOT23封装，允许USB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。

关于这个电路，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）。这样在不要端口通信的情况下，就允许从供电的或未供电的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。假如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系曲线。

另外，关于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）；而关于MAX1555“,/CHG”用于指示充电状态（当充电电流大于50mA时输出低电平）。