PCB圖如下：

成分

描述

MCP7383充電器

單節鋰離子/鋰聚合物充電管理控制器

微型 500mA 線性充電管理控制器。包括采用 5 引腳 SOT-23 和高熱效率 8 引腳 2mm x 3mm DFN 封裝的集成傳輸晶體管、集成電流感應和反向放電保護

產品特點

高精度預設輸出電壓調節 (+/-0.75%)

輸出電壓選項包括 4.2V、4.35V、4.4V 和 4.5V

用戶可編程充電電流

充電狀態輸出可直接驅動LED

片上熱調節

預處理和充電結束比率選項

欠壓鎖定

具有負載共享功能的鋰電池充電器

您可能已經發現，在嘗試使用電路的同時為項目的鋰電池充電并沒有得到很好的鍛煉，出現電路無法打開和電池無法完成充電等問題。即使是 LED 也會導致電池永遠無法完成充電。

本文介紹了如何創建具有負載共享（也稱為電源路徑）的電池充電器，該充電器可以為電池正確充電并讓主電路正常運行。我們將使用的充電 IC 是 Microchip 流行的 MCP73831/2，用于單節鋰聚合物和鋰離子電池，最大充電電流為 500mA。我們還將采用 Microchip 應用筆記 AN1149 中的負載共享設計。

不使用負載共享時的問題

在預充電和恒流充電階段，充電器 IC 將限制提供給電池和負載的電流。如果此限制已設置為 40mA 并且負載需要 30mA，則只剩下 10mA 用于為電池充電。如果負載需要 50mA，那么 40mA 將來自充電器，10mA 來自電池，這將使電池放電而不是充電。如果電池已經沒電了，那么負載將缺乏電流，導致電壓下降，負載可能無法正常工作，電池也無法充電。

在恒壓充電階段，充電器通常會等到通過電池的電流低于特定百分比（通常為設定充電電流的 7.5%），然后完成充電。如果存在負載，則電流可能永遠不會低于此水平，并且充電似乎永遠不會完成。

充電器 IC 變體

充電 IC 有幾種變體，MCP73831/2 表示 MCP73831 和 MCP73832。這兩者之間的唯一區別是充電狀態輸出（STAT 引腳）。

還有一些變化可以設置電池的充電方式，以及預充電的時間和時間、快速充電等。AC、AD、AT和DC是4種類型。AC 類型似乎是 IC 數據表中使用的“正常”類型。有關每個充電階段的更多信息，請參見上面的應用說明。

基本充電電路

該設計是 MCP73831/2 為鋰電池充電所需的最低要求（當然，R1 和 LED1 也可以移除），但如上所述，在充電和將負載連接到電池時會出現問題。

負載共享充電電路

添加負載共享只需要額外的 3 個組件。當使用 USB 電源時，此電路將關閉 Q1，只要 (Vusb – D1 VF) 高于 (Vbat – Q1 VSD)，負載就會使用 USB 通過 D1 供電。這允許電池在沒有任何外部干擾的情況下正常充電。

Q1 是一個 P 溝道 MOSFET。當使用 USB 電源時，Q1 將關閉并停止電流從電池流向負載，從而有效地斷開電池。然后負載將通過 D1 使用來自 USB 的電源。您選擇的 MOSFET 應具有盡可能低的 RDS(on) 以最大限度地減少功率損耗，應該能夠處理電路將從電池中汲取的電流，并且 VGS(th) 應介于 0V 和 -2.4V 之間。

D1是防止電流從電池流入充電電源。D1 應該是一個肖特基二極管，可以處理負載的最大電流消耗。正向壓降沒有太大關系，但在USB供電時越低越好以減少功率損耗。絕對最大壓降為(VINmin – (VBATmax – VSD) = VFmax)，USB 2.0標準規定為5V±0.25V，大部分鋰電池充電至4.2V，內部MOSFET二極管有0.6V左右的壓降，所以(4.75 – (4.2 – 0.6) = 1.15)。這個最大正向壓降是為了使 Q1 的源極（負載側）電壓不會低于漏極（電池側）電壓，否則 Q1 的內部二極管將開始導通，從而干擾電池充電。如果需要超低功耗，肖特基二極管的反向漏電流可能會成為問題。

R2 是為了確保 Q1 在充電電源被移除時打開并將電池連接到負載。

C3 是一個額外的去耦/旁路電容。

另一個需要考慮的重點是 D1 的反向漏電流，它可能高達幾百微安（肖特基二極管的漏電流很大）。

此泄漏電流將在 MOSFET 柵極產生一個小電壓，如果足夠高，可能會導致 MOSFET 在主 Vin 電源被移除時無法正常重新開啟。

要查看 Q1 是否正確打開，請在 Q1 的漏極和源極引腳上放置一個電壓表，它應該根據負載和 MOSFET 的導通電阻讀取幾毫伏，例如負載為 100mA 且 RDS(on) 為 50m？那么電壓降應該是5mV。

為了最大限度地降低柵極電壓，您可以使用具有較低泄漏電流的二極管（這也將提高電池壽命）或降低 R2 的值，或兩者兼而有之。

為了弄清楚 R2 應該是什么值以將柵極電壓保持在正常水平（讓我們選擇 1V 的 Vtarget），我們首先計算 D1 在電池最大電壓下的有效電阻：

我們的示例二極管的泄漏 (IR) 為 200uA @ 4.2V（您可以在二極管的數據表中找到泄漏信息，或者您可以通過在二極管上反向施加電壓并測量電流來自行測量）。

RD = VBATmax / IR

RD = 4.2 / 0.0002

RD = 21K？

所以現在我們可以將 D1 和 R2 視為一個分壓器，我們只需要確定 R2 應該是什么值，以便 MOSFET 柵極處的電壓滿足我們的 Vtarget。

R2 = Vtarget * RD / (VBATmax – Vtarget)

R2 = 1 * 21000 / (4.2 – 1)

R2 = 6.56K？

所以當使用漏電流為 200uA @ 4.2V 的二極管時，R2 必須不超過 6.56K 才能使 MOSFET 的柵極保持在 1V。我建議R2不要超過100K。

這也意味著 D1 和 R2 將從電池中泄漏總計 152uA 的電流 (I = VBATmax / (RD + R2))。

對 VBATmin（大約 2.4 – 3V）也進行這些計算可能是一個好主意。

具有負載共享和附加微控制器的充電電路

這是一個進一步修改的充電電路。微控制器可用于檢測何時應用 USB 電源、何時為電池充電、啟用/禁用充電、控制充電速率和測量電池電壓。該信息可以顯示在諸如 LCD 之類的東西上。

PinI/OPull-upInfoPD3 (5)InputEnabledCharger STAT 引腳感應。LOW 表示電池正在充電。PD6 (12)InputDisabled 當應用 USB 電源時，此引腳將變為 HIGH。PD4 (6)Output——控制充電。PD5 (11)Output——控制充電。PD7 (13)Output——設置為 HIGH 將打開電平轉換器和 Q3，這將允許電流流過分壓器。

獲取 ADC 讀數后，應將其放回 LOW.ADC3 (26)ADC–測量電壓。內部 1.1V 應用作參考電壓。

收費率

在第一個負載共享原理圖中，R2 和 R3 分壓器還用作 Q1 的 R2 100K 下拉電阻。

在這種情況下只能使用 MCP73832，當電池完成充電時，使用 MCP73831 將 STAT 引腳驅動為 5V 高電平，這將超過微控制器的最大引腳電壓 VCC + 0.5V（2.5 + 0.5 = 3V 最大值）。

MCP73831的應用

MCP73831 因其微型尺寸和最佳電池管理能力而在小型便攜式設備中具有廣泛的應用。它被廣泛使用的一些設備是：

鋰離子/鋰聚合物電池充電器

個人數據助理

蜂窩電話

數碼相機

MP3 播放器

藍牙耳機

USB充電器

MCP73831 管腳說明

1.充電狀態輸出（STAT）

輸出 STAT 以連接 LED 以指示充電狀態。或者，可以應用上拉電阻器連接到主機微控制器。STAT 是 MCP73831 上的三態邏輯輸出和 MCP73832 上的開漏輸出。

2. 電池管理 0V 參考 (VSS)

連接到電池的負極端子和輸入電源。

3. 電池充電控制輸出 (VBAT)

連接到電池的正極。內部 P 溝道 MOSFET 傳輸晶體管的漏極端子。以最小 4.7 μF 旁路至 VSS，以確保電池斷開時的環路穩定性。

4. 電池管理輸入電源 (VDD)

建議使用 [VREG (典型值) + 0.3V] 至 6V 的電源電壓。以最小 4.7 μF 旁路至 VSS。

5. 電流調節集 (PROG)

通過在 PROG 和 VSS 之間放置一個電阻器來調整預調節、快速充電和終止電流。可以通過允許 PROG 輸入浮動來禁用充電管理控制器。

設計 3.7 V、500 mA 鋰離子電池充電器電路

這是最小的鋰離子/鋰電池充電器，非常方便，您可以將它放在任何項目盒中。它也很容易使用。只需將輸入觸點插入任何 USB 端口或任何 5V DC 電源，并將 3.7V/4.2V 鋰聚合物或鋰離子可充電電池插入另一端的輸出插頭。

鋰離子電池需要按照這種電池化學特性所獨有的精心控制的恒流/恒壓 (CV-CC) 模式進行充電。過度充電和不小心處理鋰離子電池可能會導致永久性損壞、不穩定和潛在危險！

充電分三個階段進行：首先是預充電，然后是恒流快速充電，最后是恒壓涓流充電，以保持電池電量充足。充電電流默認為 100mA，因此適用于任何尺寸的電池和 USB 端口。如果您愿意，您可以通過焊接關閉背面的跳線輕松將其更改為 500mA 模式，因為您只能為 500mAh 或更大容量的電池充電。