工程师，在研发一些带有锂电池供电功能的项目，都会碰到一个类似的电路设计问题，也就是
如何设计锂电池的充电管理电路？
在不同的电路功能项目中，对锂电池的供电要求也是参差不齐；比如
- 作为单片机系统的备用电源，工程师只需要采用单节锂电池即可实现，因为单片机的供电电压3.3V与单节锂电池3.7V较为接近吻合；
- 作为门禁系统的供电电源，工程师则需要采用双节锂电池供电，因为双节锂电池可以增加门禁系统的工作时间；
- 作为对讲机的系统电源，工程师则优先采用更多容量的锂电池供电，因为对讲机在工作时消耗的电能比较多，小容量电池会影响对讲机的使用体验；
单节锂电池的充电管理电路，工程师也许设计相应的电路比较多；对于双节锂电池的充电管理电路，工程师怎么去设计开发呢？
众所周知，工程师在开发设计某一功能的电路，基本是
两种途径1）途径一：采用分立电子元器件搭建
工程师通过电路设计经验，根据不同参数类型的电阻电容、二三极管、MOS管、继电器、LED灯、晶闸管/可控硅等等分立电子元器件设计电路，使其通过不同的形式组合构建所需要的功能；
电路设计
2）途径二：采用集成式芯片方案
相比较使用分立电子元器件，工程师可能更愿意使用集成式的芯片，主要的原因是电路设计简单，根据芯片规格书推荐使用的典型应用电路，按照实际的项目需求调整参数，即可实现相应的电路功能设计；
这两种途径，没有谁优谁劣之分，工程师在研发项目，往往都是同时结合这两种设计技巧，因为没有一种电路设计方式能解决所有的电路问题；
针对双节锂电池充电管理电路，芯片哥推荐使用采用集成式芯片方案，例如TP5100 QFN16；那么TP5100芯片具体是怎么实现双节锂电池充电管理功能的呢？
TP5100应用电路图
TP5100应用电路图
在TP5100应用电路图中，工程师较为清楚地了解其设计方案；整个应用电路系统的外围只需简单的电阻、电容、电感以及LED，就可以轻松实现双节锂电池充电管理方案的设计，其电路详细设计过程
- VIN引脚，作为电池充电的输入电源，其工作范围为4.5V~18V；
- CS引脚，作为TP5100充电功能的使能Enable引脚，工程师可以通过控制其逻辑电平的高低，控制锂电池的充电电压；一般接入外界的开关或者是MCU单片机，当CS=1时，则充电电压为8.4V，也就是选择了双节锂电池充电功能；
- CHRG引脚，作为锂电池正在充电工作状态指示引脚，为了便于查看，工程师一般接入LED灯；
- STDBY引脚，作为锂电池充电完毕指示引脚，同样为了便于查看，工程师一般接入LED灯；
- BAT引脚，作为锂电池的充电电压输出引脚，工程师在电路设计中直接连接双节锂电池端；
TP5100芯片
如何设置充电电流
工程师在开发设计锂电池的充电电路，两个核心问题比较关注；
问题一：充电电流如何设置
在TP5100应用电路中，充电电流的大小，工程师可以通过调节修改R2电阻的阻值来实现；具体的量化计算公式为 I = 0.1/R2；例如
R2电阻阻值为0.1Ω时，锂电池的充电电流为1A；
R2电阻阻值为0.067Ω时，锂电池的充电电流为1.5A；
当然TP5100芯片最大只能支持充电电流为2A，工程师在具体项目电路设计需要注意；
问题二：充电电压何时启动与关闭
双节锂电池充电，它有一个充电周期过程，分为三个不同工作阶段
阶段一：预充涓流状态
在锂电池电压小于5.8V时，TP5100充电管理芯片启动预充涓流状态，对双节锂电池进行涓流充电；预充的涓流电流大小，工程师可以通过调节芯片的Pin12引脚RTRICK的下拉电阻阻值确定；
具体的量化计算方法举例说明
如若RTRICK下拉电阻阻值为0Ω，也就是直接接地GND，则预充的电流为0.1*I；
如若RTRICK下拉电阻阻值为50KΩ，则预充的电流为0.2*I；
如若RTRICK下拉电阻阻值为114KΩ，则预充的电流为0.3*I；
如若RTRICK下拉电阻阻值为320KΩ，则预充的电流为0.5*I；
如若RTRICK下拉直接悬空，则预充的电流为I；
I为恒流的充电电流，也即为0.1/R2；显然在TP5100应用电路图中，选择的是常见预充电流0.1*I；
阶段二：恒流状态
在进行完锂电池的预充状态后，TP5100芯片就会启动恒流充电阶段，此时的充电电流为I=0.1/R2；直至双节锂电池的电压接近8.4V，例如距离8.4V相差50mV，则关闭恒流充电状态；
至于涓流充电状态，何时结束，也是一个待解的疑问；需要与芯片设计公司的工程师做个技术详细沟通
阶段三：恒压状态
在双节锂电池的电压距离8.4V还相差50mV，也就是8.35V时，TP5100芯片则启动恒压充电阶段，直至双节锂电池电压达到8.4V；
经历完预充涓流、恒流以及恒压三个充电阶段，双节锂电池则完成了一个完整的充电周期；
锂电池在给其他电路系统供电后，其电压会逐渐降低；假如双节锂电池电压下降到8.1V时，TP5100则会重新启动新的充电周期；
工程师了解完锂电池的三个充电阶段，就能较好地回答问题二；
充电何时启动？
在双节锂电池电压小于5.8V时或者电压在由8.4V下降到8.35时，TP5100开始启动充电功能；
充电何时关闭？
在双节锂电池电压达到8.4V时，TP5100关闭充电功能；
电路设计注意事项
虽然TP5100芯片应用电路方案，可以解决工程师的双节锂电池充电管理电路设计问题；但在设计项目开发电路中，芯片哥还是建议依据具体的电路功能需求而选择设计；
在采用此方案过程中，需要引起工程师注意的内容
- TP5100芯片只能适合单节与双节锂电池充电项目；
- TP5100芯片最大只能设定的充电电流为2A；
- TP5100芯片最大只能支持输入的电压VIN为20V；
最后回到电路问题的本身，双节锂电池的充电管理电路，工程师该如何去设计？该采用什么芯片方案可以完成？TP5100只是其中一个电路解决方案，还存在其他的芯片方案，欢迎工程师一起参与交流讨论
本文由【芯片哥】原创撰写，一个只谈电子元器件与芯片的那些事，喜欢就关注芯片哥，和芯片哥一起加油吧
閱讀更多 芯片哥 的文章
