工程師，在研發一些帶有鋰電池供電功能的項目，都會碰到一個類似的電路設計問題，也就是
如何設計鋰電池的充電管理電路？
在不同的電路功能項目中，對鋰電池的供電要求也是參差不齊；比如
- 作為單片機系統的備用電源，工程師只需要採用單節鋰電池即可實現，因為單片機的供電電壓3.3V與單節鋰電池3.7V較為接近吻合；
- 作為門禁系統的供電電源，工程師則需要採用雙節鋰電池供電，因為雙節鋰電池可以增加門禁系統的工作時間；
- 作為對講機的系統電源，工程師則優先採用更多容量的鋰電池供電，因為對講機在工作時消耗的電能比較多，小容量電池會影響對講機的使用體驗；
單節鋰電池的充電管理電路，工程師也許設計相應的電路比較多；對於雙節鋰電池的充電管理電路，工程師怎麼去設計開發呢？
眾所周知，工程師在開發設計某一功能的電路，基本是
兩種途徑1）途徑一：採用分立電子元器件搭建
工程師通過電路設計經驗，根據不同參數類型的電阻電容、二三極管、MOS管、繼電器、LED燈、晶閘管/可控硅等等分立電子元器件設計電路，使其通過不同的形式組合構建所需要的功能；
電路設計
2）途徑二：採用集成式芯片方案
相比較使用分立電子元器件，工程師可能更願意使用集成式的芯片，主要的原因是電路設計簡單，根據芯片規格書推薦使用的典型應用電路，按照實際的項目需求調整參數，即可實現相應的電路功能設計；
這兩種途徑，沒有誰優誰劣之分，工程師在研發項目，往往都是同時結合這兩種設計技巧，因為沒有一種電路設計方式能解決所有的電路問題；
針對雙節鋰電池充電管理電路，芯片哥推薦使用採用集成式芯片方案，例如TP5100 QFN16；那麼TP5100芯片具體是怎麼實現雙節鋰電池充電管理功能的呢？
TP5100應用電路圖
TP5100應用電路圖
在TP5100應用電路圖中，工程師較為清楚地瞭解其設計方案；整個應用電路系統的外圍只需簡單的電阻、電容、電感以及LED，就可以輕鬆實現雙節鋰電池充電管理方案的設計，其電路詳細設計過程
- VIN引腳，作為電池充電的輸入電源，其工作範圍為4.5V~18V；
- CS引腳，作為TP5100充電功能的使能Enable引腳，工程師可以通過控制其邏輯電平的高低，控制鋰電池的充電電壓；一般接入外界的開關或者是MCU單片機，當CS=1時，則充電電壓為8.4V，也就是選擇了雙節鋰電池充電功能；
- CHRG引腳，作為鋰電池正在充電工作狀態指示引腳，為了便於查看，工程師一般接入LED燈；
- STDBY引腳，作為鋰電池充電完畢指示引腳，同樣為了便於查看，工程師一般接入LED燈；
- BAT引腳，作為鋰電池的充電電壓輸出引腳，工程師在電路設計中直接連接雙節鋰電池端；
TP5100芯片
如何設置充電電流
工程師在開發設計鋰電池的充電電路，兩個核心問題比較關注；
問題一：充電電流如何設置
在TP5100應用電路中，充電電流的大小，工程師可以通過調節修改R2電阻的阻值來實現；具體的量化計算公式為 I = 0.1/R2；例如
R2電阻阻值為0.1Ω時，鋰電池的充電電流為1A；
R2電阻阻值為0.067Ω時，鋰電池的充電電流為1.5A；
當然TP5100芯片最大隻能支持充電電流為2A，工程師在具體項目電路設計需要注意；
問題二：充電電壓何時啟動與關閉
雙節鋰電池充電，它有一個充電週期過程，分為三個不同工作階段
階段一：預充涓流狀態
在鋰電池電壓小於5.8V時，TP5100充電管理芯片啟動預充涓流狀態，對雙節鋰電池進行涓流充電；預充的涓流電流大小，工程師可以通過調節芯片的Pin12引腳RTRICK的下拉電阻阻值確定；
具體的量化計算方法舉例說明
如若RTRICK下拉電阻阻值為0Ω，也就是直接接地GND，則預充的電流為0.1*I；
如若RTRICK下拉電阻阻值為50KΩ，則預充的電流為0.2*I；
如若RTRICK下拉電阻阻值為114KΩ，則預充的電流為0.3*I；
如若RTRICK下拉電阻阻值為320KΩ，則預充的電流為0.5*I；
如若RTRICK下拉直接懸空，則預充的電流為I；
I為恆流的充電電流，也即為0.1/R2；顯然在TP5100應用電路圖中，選擇的是常見預充電流0.1*I；
階段二：恆流狀態
在進行完鋰電池的預充狀態後，TP5100芯片就會啟動恆流充電階段，此時的充電電流為I=0.1/R2；直至雙節鋰電池的電壓接近8.4V，例如距離8.4V相差50mV，則關閉恆流充電狀態；
至於涓流充電狀態，何時結束，也是一個待解的疑問；需要與芯片設計公司的工程師做個技術詳細溝通
階段三：恆壓狀態
在雙節鋰電池的電壓距離8.4V還相差50mV，也就是8.35V時，TP5100芯片則啟動恆壓充電階段，直至雙節鋰電池電壓達到8.4V；
經歷完預充涓流、恆流以及恆壓三個充電階段，雙節鋰電池則完成了一個完整的充電週期；
鋰電池在給其他電路系統供電後，其電壓會逐漸降低；假如雙節鋰電池電壓下降到8.1V時，TP5100則會重新啟動新的充電週期；
工程師瞭解完鋰電池的三個充電階段，就能較好地回答問題二；
充電何時啟動？
在雙節鋰電池電壓小於5.8V時或者電壓在由8.4V下降到8.35時，TP5100開始啟動充電功能；
充電何時關閉？
在雙節鋰電池電壓達到8.4V時，TP5100關閉充電功能；
電路設計注意事項
雖然TP5100芯片應用電路方案，可以解決工程師的雙節鋰電池充電管理電路設計問題；但在設計項目開發電路中，芯片哥還是建議依據具體的電路功能需求而選擇設計；
在採用此方案過程中，需要引起工程師注意的內容
- TP5100芯片只能適合單節與雙節鋰電池充電項目；
- TP5100芯片最大隻能設定的充電電流為2A；
- TP5100芯片最大隻能支持輸入的電壓VIN為20V；
最後回到電路問題的本身，雙節鋰電池的充電管理電路，工程師該如何去設計？該採用什麼芯片方案可以完成？TP5100只是其中一個電路解決方案，還存在其他的芯片方案，歡迎工程師一起參與交流討論
本文由【芯片哥】原創撰寫，一個只談電子元器件與芯片的那些事，喜歡就關注芯片哥，和芯片哥一起加油吧
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