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【摘 要】针对数字压力表锂电池供电方式，设计出基于TP4057管理芯片的数字压力表锂电池充电管理系统。实现了通过USB接口对数字压力表锂电池进行充电，并对锂电池进行充电保护和热保护。
【关键词】数字压力表；锂电池充电；USB充电
0.引言
随着科技的发展和进步，工业测量仪器仪表包括压力测量仪器也在朝着高性能、数字化、集成化、智能化、网络化方向发展，电池供电的数字式压力表在工业生产中大量使用。锂离子电池具有放电电压稳定、体积/能量比高、自放电率低、循环使用寿命长等优点，广泛应用于消费类电子产品和工业产品中。锂电池在充电过程中，电池芯过充到电压高于4.2V后，会开始产生副作用。过充电压愈高，危险性也跟着愈高。有时在短路发生前电池就先爆炸。因此，对锂电池的充电保护十分必要。
1.系统设计
充电电源可选择电源适配器或USB供电。
图1 系统框图
2.充电管理
2.1管理模块
TP4057是南京拓微集成电路有限公司生产的一款完整的单节锂离子电池充电器，带电池正、负极反接保护，采用恒定电流/恒定电压线性控制。其 SOT 封装与较少的外部元件数目使得TP4057是便携式应用的理想选择。TP4057 可以适合USB电源和适配器电源工作，输入电压4-9V，典型值5V，可改变6脚电阻来控制充电电流。计算公式：RPROG=1000/IBAT（当IBAT<300毫安时）、RPROG=1300/IBAT-1000（当IBAT>300毫安时），调节范围：100～500毫安，截止充电电压4.2V。外围简单，由于采用了内部PMOSFET架构无需外接开关管，加上防倒充电路，所以不需要外部检测电阻器和隔离二极管。热反馈可对充电电流进行自动调节，以便在大功率操作或高环境温度条件下对芯片温度加以限制。TP4057的其他特点包括充电电流监控器、欠压闭锁、自动再充电和两个用于指示充电结束和输入电压接入的状态引脚。
2.2充电过程
待充电电池接入后，若电池电压小于2.9V，则TP4057将对电池进行预充电，此时充电电流为设定电流的1/10，当电压上升到2.9V后，TP4057按设定电流恒流充电，当电压上升到4.1V（充电到80%～90%）后恒流充电结束，输出电压恒定在4.2V，输出电流再次降为设定电流的1/10，开始恒压涓流充电，当电池电压达到4.2V后，充电过程完成。此后TP4057将连续监测电池电压，若电池电压下降到4.1，则会再次进入充电过程。当输入电压（适配器或USB电源）被拿掉时，TP4057自动进入一个低电流状态，电池漏电流在2uA以下。
3.硬件电路
电路原理：
设计中利用USB和外接适配器供电，芯片3脚为电流输出脚也是电池正极引脚，此脚与数字压力表系统电源脚Vcc相连，电池放电时为整个系统提供电源。当有外接电源或USB接入时，利用供电切换电路关掉电池供电，此时用外接电源为数字压力表系统供电，保证锂电池充电时充电电流恒定。当连接电源充电时D6绿色LED点亮指示正在充电。
图2 硬件电路图
由于 SOT23-6 封装的外形尺寸很小，大电流应用中（400mA 以上）散热效果不佳可能引起充电电流受温度保护而减小。设计中为了得到较大充电电流，没有接热耗散电阻。而是采用了大面积PCB板敷铜的办法，用于耗散 IC所产生的热量。PCB板铜面为散热器，引脚相连的铜箔面积应尽可能地宽阔，并向外延伸至较大的铜面积，以便将热量散播到周围环境中，芯片底部打多组通孔进行散热。
芯片3脚采用5K电阻上拉，使充电管理系统工作在无电池不闪灯状态。设定充电电流为400mA。为保证各种情况下可靠使用，防止尖峰和毛刺电压引起的芯片损坏， TP4057 的4脚输入端和3脚输出端分别接1uF和10uF的钽电容。
表1 RPROG 与充电电流的关系
4.结语
本文设计了基于TP4057管理芯片的数字压力表锂电池充电管理系统，实现了数字压力表锂电池充电的管理和保护，本充电管理系统在生产使用中获得良好效果。 [科]
【参考文献】
[1]南京拓微集成电路有限公司.TP4057 Data sheet.
[2]刘军，伍堂顺.AVR单片机的锂电池组充放电保护系统.单片基于嵌入式系统.100-623X，2013，7.
[3]王晋鹏，胡欲立.锂离子蓄电池温度场分析[J].电源技术，2008，32（2）.
【关键词】数字压力表；锂电池充电；USB充电
0.引言
随着科技的发展和进步，工业测量仪器仪表包括压力测量仪器也在朝着高性能、数字化、集成化、智能化、网络化方向发展，电池供电的数字式压力表在工业生产中大量使用。锂离子电池具有放电电压稳定、体积/能量比高、自放电率低、循环使用寿命长等优点，广泛应用于消费类电子产品和工业产品中。锂电池在充电过程中，电池芯过充到电压高于4.2V后，会开始产生副作用。过充电压愈高，危险性也跟着愈高。有时在短路发生前电池就先爆炸。因此，对锂电池的充电保护十分必要。
1.系统设计
充电电源可选择电源适配器或USB供电。
图1 系统框图
2.充电管理
2.1管理模块
TP4057是南京拓微集成电路有限公司生产的一款完整的单节锂离子电池充电器，带电池正、负极反接保护，采用恒定电流/恒定电压线性控制。其 SOT 封装与较少的外部元件数目使得TP4057是便携式应用的理想选择。TP4057 可以适合USB电源和适配器电源工作，输入电压4-9V，典型值5V，可改变6脚电阻来控制充电电流。计算公式：RPROG=1000/IBAT（当IBAT<300毫安时）、RPROG=1300/IBAT-1000（当IBAT>300毫安时），调节范围：100～500毫安，截止充电电压4.2V。外围简单，由于采用了内部PMOSFET架构无需外接开关管，加上防倒充电路，所以不需要外部检测电阻器和隔离二极管。热反馈可对充电电流进行自动调节，以便在大功率操作或高环境温度条件下对芯片温度加以限制。TP4057的其他特点包括充电电流监控器、欠压闭锁、自动再充电和两个用于指示充电结束和输入电压接入的状态引脚。
2.2充电过程
待充电电池接入后，若电池电压小于2.9V，则TP4057将对电池进行预充电，此时充电电流为设定电流的1/10，当电压上升到2.9V后，TP4057按设定电流恒流充电，当电压上升到4.1V（充电到80%～90%）后恒流充电结束，输出电压恒定在4.2V，输出电流再次降为设定电流的1/10，开始恒压涓流充电，当电池电压达到4.2V后，充电过程完成。此后TP4057将连续监测电池电压，若电池电压下降到4.1，则会再次进入充电过程。当输入电压（适配器或USB电源）被拿掉时，TP4057自动进入一个低电流状态，电池漏电流在2uA以下。
3.硬件电路
电路原理：
设计中利用USB和外接适配器供电，芯片3脚为电流输出脚也是电池正极引脚，此脚与数字压力表系统电源脚Vcc相连，电池放电时为整个系统提供电源。当有外接电源或USB接入时，利用供电切换电路关掉电池供电，此时用外接电源为数字压力表系统供电，保证锂电池充电时充电电流恒定。当连接电源充电时D6绿色LED点亮指示正在充电。
图2 硬件电路图
由于 SOT23-6 封装的外形尺寸很小，大电流应用中（400mA 以上）散热效果不佳可能引起充电电流受温度保护而减小。设计中为了得到较大充电电流，没有接热耗散电阻。而是采用了大面积PCB板敷铜的办法，用于耗散 IC所产生的热量。PCB板铜面为散热器，引脚相连的铜箔面积应尽可能地宽阔，并向外延伸至较大的铜面积，以便将热量散播到周围环境中，芯片底部打多组通孔进行散热。
芯片3脚采用5K电阻上拉，使充电管理系统工作在无电池不闪灯状态。设定充电电流为400mA。为保证各种情况下可靠使用，防止尖峰和毛刺电压引起的芯片损坏， TP4057 的4脚输入端和3脚输出端分别接1uF和10uF的钽电容。
表1 RPROG 与充电电流的关系
4.结语
本文设计了基于TP4057管理芯片的数字压力表锂电池充电管理系统，实现了数字压力表锂电池充电的管理和保护，本充电管理系统在生产使用中获得良好效果。 [科]
【参考文献】
[1]南京拓微集成电路有限公司.TP4057 Data sheet.
[2]刘军，伍堂顺.AVR单片机的锂电池组充放电保护系统.单片基于嵌入式系统.100-623X，2013，7.
[3]王晋鹏，胡欲立.锂离子蓄电池温度场分析[J].电源技术，2008，32（2）.