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可编程电源模块 [2025/11/07 22:53] gongyu 创建 |
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| - | ### 6. 锂电池充放电管理模块 | ||
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| - | #### 模块描述 | ||
| - | 锂电池充放电管理模块集成了完整的锂电池充电、放电保护和电量管理功能。采用专用充电管理芯片（如TP4056、BQ24072）和保护芯片（如DW01、BQ29700），实现恒流恒压充电、过充过放保护、过流保护等功能。可显示电量状态，支持USB充电和负载供电。广泛应用于便携式电赛作品、移动机器人、无线传感器等需要电池供电的场合，是电池应用的核心模块。 | ||
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| - | #### 工作原理 | ||
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| - | [USB 5V输入] → [充电管理IC] → [锂电池3.7V] | ||
| - | ↓ ↓ | ||
| - | [恒流/恒压控制] [保护IC] | ||
| - | ↓ ↓ | ||
| - | [充电指示LED] [过充/过放/过流检测] | ||
| - | ↓ | ||
| - | [升压模块] → [5V输出给负载] | ||
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| - | 充电过程： | ||
| - | 恒流阶段：电池电压<4.2V，恒流充电（如1A） | ||
| - | 恒压阶段：电池电压=4.2V，电流逐渐减小 | ||
| - | 截止阶段：电流<0.1C，充电完成 | ||
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| - | 保护机制： | ||
| - | 过充保护：电压>4.3V，断开充电 | ||
| - | 过放保护：电压<2.5V，断开放电 | ||
| - | 过流保护：电流>3C，立即断开 | ||
| - | ``` | ||
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| - | #### 技术指标 | ||
| - | - **充电芯片**: TP4056 (1A), BQ24072 (1.5A) | ||
| - | - **保护芯片**: DW01A + 8205A双MOS | ||
| - | - **电池类型**: 单节锂电池3.7V (Li-ion/Li-Po) | ||
| - | - **充电电压**: 4.2V±1% | ||
| - | - **充电电流**: 500mA-2A可调（电阻设定） | ||
| - | - **充电方式**: CC/CV（恒流/恒压） | ||
| - | - **保护参数**: | ||
| - | - 过充保护：4.25-4.35V | ||
| - | - 过放保护：2.3-2.5V | ||
| - | - 过流保护：3-10A | ||
| - | - **充电效率**: >85% | ||
| - | - **静态电流**: <50μA | ||
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| - | #### 接口管脚定义 | ||
| - | | 接口 | 名称 | 功能 | 规格 | | ||
| - | |------|------|------|------| | ||
| - | | J1 | IN+/IN- | 充电输入 | 5V USB或适配器 | | ||
| - | | J2 | BAT+/BAT- | 电池连接 | 单节3.7V锂电 | | ||
| - | | J3 | OUT+/OUT- | 输出 | 5V升压输出 | | ||
| - | | R1 | ISET | 充电电流设定 | 1.2kΩ=1A | | ||
| - | | TP1-2 | TEMP | 温度监测 | 可选NTC | | ||
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| - | #### 板上设置和信号指示 | ||
| - | - **充电指示**: 红色LED充电中，绿色LED充电完成 | ||
| - | - **电源指示**: 蓝色LED电源接入指示 | ||
| - | - **电量显示**: 4段LED或数码管显示电量 | ||
| - | - **充电电流**: 通过ISET电阻设定（R=1200/I(A)） | ||
| - | - **保护MOS**: 双MOS背靠背防反接 | ||
| - | - **升压电路**: MT3608升压至5V/2A | ||
| - | - **按键**: 电源开关按键 | ||
| - | - **测试点**: 电池电压、输出电压测试点 | ||
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| - | #### 电气指标 | ||
| - | - **充电输入**: 5V±0.25V, 最大2A | ||
| - | - **电池电压**: 2.5-4.2V工作范围 | ||
| - | - **充电精度**: ±1% (4.2V) | ||
| - | - **充电电流精度**: ±5% | ||
| - | - **过充保护**: 4.25-4.35V，延迟<1s | ||
| - | - **过放保护**: 2.3-2.5V，延迟<100ms | ||
| - | - **过流保护**: 3-10A可调，<10μs | ||
| - | - **输出电压**: 5V±5% (升压输出) | ||
| - | - **输出电流**: 最大2A (取决于电池容量) | ||
| - | - **转换效率**: 充电>85%, 放电>88% | ||
| - | - **自耗电**: <50μA (保护板静态) | ||
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| - | #### 使用说明 | ||
| - | 1. **电池选择**: 选择合适容量的18650/聚合物锂电，注意极性 | ||
| - | 2. **充电电流设定**: 根据电池容量设定0.5C-1C充电电流 | ||
| - | 3. **首次充电**: 新电池首次充电建议0.5C小电流 | ||
| - | 4. **温度监测**: 可选接NTC温度传感器，高温停止充电 | ||
| - | 5. **电量显示**: 通过ADC采样电池电压估算电量 | ||
| - | 6. **过放保护**: 放电至2.75V应及时充电，避免过放 | ||
| - | 7. **存储**: 长期存储应保持50%电量 | ||
| - | 8. **安全**: 禁止短路、过充、过放、高温、穿刺 | ||
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| - | #### 全国大学生电子设计竞赛相关赛题 | ||
| - | - **2021年F题**: 智能送药小车（移动电源） | ||
| - | - **2019年E题**: 模拟电磁曲射炮（便携供电） | ||
| - | - **2017年H题**: 微电网模拟系统（储能单元） | ||
| - | - **2015年H题**: 四旋翼飞行器（机载电源） | ||
| - | - **2013年I题**: 简易旋翼飞行器（动力电池） | ||
| - | - **2011年E题**: 智能小车（移动电源） | ||
| - | - **历年**: 所有移动类、便携类题目 | ||
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| - | #### 应用技术要点总结 | ||
| - | 1. **电流匹配**: 充电电流=电池容量/充电时间，建议0.5-1C | ||
| - | 2. **热管理**: 大电流充放电时注意散热，监测温度 | ||
| - | 3. **电量计算**: SOC=(Vbat-3.0)/(4.2-3.0)×100%，或使用库仑计 | ||
| - | 4. **平衡充电**: 多节串联需平衡充电板 | ||
| - | 5. **升压设计**: 3.7V升5V选择高效升压芯片（>90%） | ||
| - | 6. **低压警报**: 设置3.3V低压警报，保护电池 | ||
| - | 7. **软启动**: 上电瞬间用软启动减小冲击 | ||
| - | 8. **防反接**: 使用MOS管或二极管防止电池反接 | ||
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