基于MPPT控制的锂离子电池充电器

基于MPPT的集成电路，可跟踪电源点并对电池充电，最大额定功率为1A，外形尺寸为TP4056。

当谈到独立的单电池充电器时，只有一个流行的名字进入我的脑海，那就是我们的多功能锂离子/锂po TP4056电池充电器。这是广泛使用的，有很多功能与电池保护有关。锂电池在市场上很容易获得适当的充电解决方案，但当涉及到太阳能变化时，可以在网上看到一些微控制器项目。我想创建一个独立的太阳能电池充电器模块，幸运的是，我在协和CN3165找到了一个解决方案，就像TP4056锂离子一样，充电电流可以用单个电阻在外部设置。

机载功能包括欠压锁定，自动充电，恒流充电，维护充电模式(定时器终止)，充电/终止指示灯和电池温度监测。所有模式和电池充电过程详细如下。非常感谢PCBWay赞助这个项目的pcb !他们的高质量制造和快速周转使这一建设成为可能。

CN3165及其特点：

CN3165是一款完整的恒流/恒压线性充电器，适用于单电池锂离子和锂聚合物电池。该器件包含一个片上功率MOSFET，消除了外部感测电阻和阻塞二极管的需要。片上自适应电池可以根据输入电源的输出能力自动调整充电电流，因此CN3165非常适合太阳能供电系统。

热反馈调节充电电流，以限制高功率工作或高环境温度下的模具温度。调节电压内部固定在4.2V，精度为1%，也可以通过外部电阻向上调节。充电电流可以用一个电阻器在外部设置。断开输入电源后，CN3165自动进入低功耗休眠模式，电池漏电流降至小于3uA。

特点:

•适用于太阳能供电系统

•片上功率MOSFET

•不需要外部阻塞二极管或电流检测电阻

•预置4.2V调节电压，精度1%，可通过电阻器向上调节

•连续充电电流可达1A

•恒流/恒压操作

•输入电源电压被移除时自动低功耗休眠模式

•指示灯或uP接口状态指示

•C/10电荷终止

•自动充电

•电池温度传感

PCBWay是我发现的PCB制造的最佳解决方案。他们提供了一个低成本、高可靠性和万无一失的过程，从原型到全面的产品制造。快速的周转时间，广泛的材料选择，和卓越的客户支持。

线路图:

我已经阅读了数据表，它描述了添加了一些保护功能的应用电路。数据表电路如下：

在这里，我们需要一个电阻来设置电池充电电流的最大输出，一个电容在电池端子上用于电源噪声消除。还有一些led指示灯用于电池更换和完成模式。在单个电池运行时，反馈引脚直接连接到电池端，连续监测电池电压，以实现自动充电重新启动和断电。相同的充电IC可以通过用分压器馈送反馈引脚来对1个以上的电池进行最大1amp的充电。

修改后的电路:

我修改了电路，增加了一些外部保护功能。我添加了一个USB C型输入，一个TVS二极管来拒绝太阳能输出中的任何尖峰，一个正向偏置二极管来使其极性友好，可以在原理图中看到。

在第2节中，IC本身与2个电阻一起设置电流，led指示灯和IC的一些耦合电容器。

在第3节中，输出从引脚头获取，并且它还包含与TP4056相同的保护电路。所有这些都被打包成一个小的形式因素。

PCB布局:

这是我在考虑所有噪音和稳定性问题时所执行的硬件关卡设计。轨道经过足够的计算以承载最大电流，从而提供最大功率并减少热效应。两个板载状态led用于监控电池充电。并且为了保持开关部分对输入和输出的所有影响最小，PCB根据输入到输出流进行划分。我保持了与TP4056板相同的外形因素，这使得这个设计更实用，更容易作为一个独立的电池充电设备使用。输入电源采用C型USB，焊盘设计与TP4056相同。

BOM和装配注意事项：

焊接时，最佳做法是先安装IC和USB连接器。然后是小电容，电阻，然后是电感。因为IC焊盘和USB连接器很难用手焊接。如果你不想组装电路板，那么PCBWAY组装服务是最好的选择。

锂离子电池充电方式：

让我们深入了解充电过程，看看锂离子电路的变化过程中发生了什么。

充电:

涓流充电(也称为预充电)分为两个阶段：它是一种电池保护功能，只有在电池放电过量时才会启用。

如标称电压为3.7v，电池过放电(如低于2.8V)，则先进行恢复充电，防止电池因电流过大而损坏。此时，软件还没有启动，是一种由硬件控制的行为。这一阶段的“涓流充电”是指电池过放电后到恢复到开机电压之前的充电过程。涓流充电电流为最大充电电流的1/10，即0.1C(以最大充电电流为1A为例，涓流充电电流为100mA)。

通常所说的涓流充电是指持续一段时间的充电过程。它是一种恒压充电，限制了充电电流的取值;当电池达到正常电压(3.7v)时，涓流变化模式关闭，恒流充电模式开启。

恒流恒压充电：

在标准充电过程中，电池以等于最大充电电流的恒定电流充电。随着电池电压的稳步上升，当电压接近设定的最大电压时，充电过程切换到恒压充电(约4.15v)。此时，充电电流逐渐减小，直至达到最大充电电流的1/10，此时充电过程结束。恒压变化模式用于保持电池健康，不会更快地退化。

电池上提到的充电电流额定值，由C额定值定义。C是表示电流相对于电池标称容量的一种方法。例如，如果电池的容量为1000mAh，则1C等于1000mA (1A)的充电电流。

充电终止:

有两种典型的充电终止方法：最小充电电流法和定时器法(或两者的结合)。最小电流法监测恒压充电阶段的充电电流，当充电电流降至0.02C ~ 0.07C时终止充电过程。第二种方法是在恒压充电阶段开始时开始计时，连续充电2小时后终止充电过程。在现代，即使手机显示100%健康，充电终止也不会停止，此时以非常小的电流继续充电，以增加电池的整体寿命。

测试和工作：

我在装配了一个最大电流限制为100mA的电源后给电路板上电，这样如果出了什么问题，也不会损坏任何东西。但是在第一次工作时，所有的连接都是正确的，但是在上电之前总是检查VCC和GND线的连续性。所以，我连接了一个3.9V的锂离子电池，最大充电电压为4.2V。设置默认充电电流。充电电流额定值应该与电池额定值相匹配，所以我总是建议使用高C额定值的电池，同时用3A充电。

太阳能充电:

简单的充电:

当电池在全电位充电时，产生的热量很少，这满足了这个IC 94%的效率。我也测试了所有的保护功能，它们都工作得很正常。始终建议检查电路板的输出电压，锂离子电池的输出电压应在4.15-4.22伏范围内。

本文编译自hackster.io