锂电池供电电源电路设计最强分析及锂电池工作原理

锂电池供电电源电路设计分析

锂电池供电电源电路设计分析如下文，“锂电池”，是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的。可充电电池的第五代产品锂金属电池在1996年诞生，其安全性、比容量、自放电率和性能价格比均优于锂离子电池。由于其自身的高技术要求限制，现在只有少数几个国家的公司在生产这种锂金属电池。

单节锂电池供电电源电路设计，包括升压、充电管理等电路设计，一款基于锂电池供电的产品，对于电源部分的大致要求是这样的：

1、 由单节可充电锂电池供电；

2、 板子自带充电管理?？椋赏饨?V太阳能板或安卓手机充电器直接充电；

3、 需要稳定输出5V电压，给5V?？楣┑?；

4、 需要稳定输出3.8V电压，瞬间带载能力2A以上，给4G?？楣┑缒？楣┑?；

5、 需要稳定输出3.3V电压，给MCU和其他3.3V的电子?？楣┑?；

首先，笔者通过查资料得知，一般标称为3.7V的锂电池的电压范围是在2.8V~4.2V，如果说想要得到稳定的5V、3.8V和3.3V电压，显然不能直接得到，需要借助特定电源芯片来实现。那么该如何选择电源芯片呢？

首先，要得到5V电压的话，毋庸置疑，必须得用升压芯片了。那么，3.8V和3.3V两种电压，是否可以直接由锂电池经过LDO来实现呢？没毛病，实现也确实能实现，只不过，似乎有点浪费锂电池的电量，因为不管是哪款LDO，始终都是输入电压要高于输出电压的，这样一来，以得到3.3V电压为例，锂电池的电压最多放到3.3V多一点，就不能继续得到稳定的3.3V电压了，这样显然是不行的！

思来想去，也只有采用“先升压、再降压”的方案了，选择一款合适的升压芯片，先将锂电池的电压升压至5V，再通过降压芯片，将电压分别稳压至3.8V和3.3V，这样似乎就能满足我们的要求了。

当然，市面上的升压和降压的芯片确实是比较多，笔者之前尝试过了一种方案，但是感觉不是特别好，于是，后面又找了另外一家的芯片。在厂家技术的指导下，对之前的电路进行了改善。那么废话不多说，接下来，笔者就跟大家来分享一下我的这套方案。

首先，是锂电池充电管理部分，笔者选用的是TC4056A这款芯片来作为单节锂电池的充电管理芯片：

这款TC4056A也是市面上比较常见的一款单节锂电池充电管理芯片，充电电压固定在4.2V，最大充电电流可大1A，同时自带锂电池温度检测、欠压闭锁、自动再充电和两个用于指示充电、结束的LED状态引脚。

眼尖的高手们或许发现了笔者电路上的一个问题，那就是，锂电池充电部分并没有带?；さ缏?，是不是有安全隐患？其实不然，因为笔者使用的电池是铝包电池，而非18650那种锂电池，这种铝包电池本身就已经带了?；ぐ澹员收咭簿兔挥性俣啻艘痪倭?，那样也浪费物料。

下面我们就来看下升压部分的电路，锂电池升压部分笔者采用了一颗型号为KF2185的同步升压芯片，这款芯片的同步升压效率最高可达94%，持续带载能力可以达到2A以上，可调节电压输出，外围电路也是很简单。

其次就是3.8V的稳压芯片，笔者这里选用的也是一款可以电压输出的芯片KF7416，这款芯片的转换效率也是最高可达到95%，外围电路也是非常的简单，SOT23-6的封装，也算是很节省空间了。

最后，就是3.3V电压的稳压电路了，关于3.3V电压其实有两种渠道可以获得，一是从5V得到，另外一种就是从3.8V得到。由于笔者这里的3.8V是要给4G模块供电的，而且，出于省电考虑，在平时用不上4G模块的时候，是需要将4G模块的电源单独断开的，而MCU和其他的3.3V的?？橛质切枰恢鄙系绲?。

因此，这里就不能直接用3.8V来稳压了。关于3.3V的稳压芯片实在是太多了，笔者也就随手选了一个性价比还不错的ME6211来使用了。

另外顺便提下，在有些锂电池应用中，如果不需要用到其他的电压而只需要用到3.3V的电压时，我们也可以选择一个自带升压降压的芯片来实现，就无需先升压再降压了，比如，笔者了解到的KF3448这款芯片，就能达到我们的目的：

当然，在选择这些芯片的时候，很多时候还是要考虑带载能力、功耗、体积、价格等方面的因素，大家在应用中还是要根据自己的实际情况作出合理的选择。

锂电池工作原理

锂金属电池：

锂金属电池一般是使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。

放电反应：Li+MnO2=LiMnO2

锂离子电池：

锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。

充电正极上发生的反应为

LiCoO2==Li(1-x)CoO2+XLi++Xe-(电子)

充电负极上发生的反应为

6C+XLi++Xe- = LixC6

充电电池总反应：LiCoO2+6C = Li(1-x)CoO2+LixC6

正极

正极材料：可选的正极材料很多，主流产品多采用锂铁磷酸盐。不同的正极材料对照：

正极反应：放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌。

充电时：LiFePO4 → Li1-xFePO4+xLi++xe-放电时：Li1-xFePO4 + xLi++xe-→LiFePO4。

负极

负极材料：多采用石墨。新的研究发现钛酸盐可能是更好的材料。

负极反应：放电时锂离子脱嵌，充电时锂离子嵌入。

充电时：xLi++xe- +6C→LixC6

放电时：LixC6→xLi++xe- +6C

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