鋰離子電池以其優良的特性，被廣泛應用於： 手機、攝錄影機、膝上型電腦、無繩電話、電動工具、遙控或電動玩具、照相機等行動式電子裝置中。

一、鋰電池與鎳鎘、鎳氫可充電池：

鋰離子電池的負極為石墨晶體，正極通常為二氧化鋰。充電時鋰離子由正極向負極運動而嵌入石墨層中。放電時，鋰離子從石墨晶體內負極表面脫離移向正極。所以，在該電池充放電過程中鋰總是以鋰離子形態出現，而不是以金屬鋰的形態出現。因而這種電池叫做鋰離子電池，簡稱鋰電池。

鋰電池具有：體積小、容量大、重量輕、無汙染、單節電壓高、自放電率低、電池迴圈次數多等優點，但價格較貴。鎳鎘電池因容量低，自放電嚴重，且對環境有汙染，正逐步被淘汰。鎳氫電池具有較高的效能價格比，且不汙染環境，但單體電壓只有1.2V，因而在使用範圍上受到限制。

二、鋰電池的特點：

1、具有更高的重量能量比、體積能量比;

2、電壓高，單節鋰電池電壓為3.6V，等於3只鎳鎘或鎳氫充電電池的串聯電壓; 來源：大位元半導體器件網

3、自放電小可長時間存放，這是該電池最突出的優越性;

4、無記憶效應。鋰電池不存在鎳鎘電池的所謂記憶效應，所以鋰電池充電前無需放電;

5、壽命長。正常工作條件下，鋰電池充/放電迴圈次數遠大於500次; 6、可以快速充電。鋰電池通常可以採用0.5～1倍容量的電流充電，使充電時間縮短至1～2小時; 來源：大位元半導體器件網

7、可以隨意並聯使用;

8、由於電池中不含鎘、鉛、汞等重金屬元素，對環境無汙染，是當代最先進的綠色電池;

9、成本高。與其它可充電池相比，鋰電池價格較貴。

三、鋰電池的內部結構 ：

鋰電池通常有兩種外型：圓柱型和長方型。

電池內部採用螺旋繞制結構，用一種非常精細而滲透性很強的聚乙烯薄膜隔離材料在正、負極間間隔而成。正極包括由鋰和二氧化鈷組成的鋰離子收集極及由鋁薄膜組成的電流收集極。負極由片狀碳材料組成的鋰離子收集極和銅薄膜組成的電流收集極組成。電池內充有有機電解質溶液。另外還裝有安全閥和PTC元件，以便電池在不正常狀態及輸出短路時保護電池不受損壞。來源：大位元半導體器件網

單節鋰電池的電壓為3.6V，容量也不可能無限大，因此，常常將單節鋰電池進行串、並聯處理，以滿足不同場合的要求。

四、鋰電池的充放電要求;

1、鋰電池的充電：根據鋰電池的結構特性，最高充電終止電壓應為4.2V，不能過充，否則會因正極的鋰離子拿走太多，而使電池報廢。其充放電要求較高，可採用專用的恆流、恆壓充電器進行充電。通常恆流充電至4.2V/節後轉入恆壓充電，當恆壓充電電流降至100mA以內時，應停止充電。

充電電流（mA）=0.1～1.5倍電池容量（如1350mAh的電池，其充電電流可控制在135～2025mA之間）。常規充電電流可選擇在0.5倍電池容量左右，充電時間約為2～3小時。來源：大位元半導體器件網

2、鋰電池的放電：因鋰電池的內部結構所致，放電時鋰離子不能全部移向正極，必須保留一部分鋰離子在負極，以保證在下次充電時鋰離子能夠暢通地嵌入通道。否則，電池壽命就相應縮短。為了保證石墨層中放電後留有部分鋰離子，就要嚴格限制放電終止最低電壓，也就是說鋰電池不能過放電。放電終止電壓通常為3.0V/節，最低不能低於2.5V/節。電池放電時間長短與電池容量、放電電流大小有關。電池放電時間（小時）=電池容量/放電電流。鋰電池放電電流（mA）不應超過電池容量的3倍。（如1000mAH電池，則放電電流應嚴格控制在3A以內）否則會使電池損壞。

目前市場上所售鋰電池組內部均封有配套的充放電保護板。只要控制好外部的充放電電流即可。

一。鋰電池供電電路設計方案彙總（鋰電池的保護電路）

鋰電池的保護電路：

兩節鋰電池的充放電保護電路如圖一所示。由兩個場效電晶體和專用保護整合塊S--8232組成，過充電控制管FET2和過放電控制管FET1串聯於電路，由保護IC監視電池電壓並進行控制，當電池電壓上升至4.2V時，過充電保護管FET1截止，停止充電。為防止誤動作，一般在外電路加有延時電容。當電池處於放電狀態下，電池電壓降至2.55V時，過放電控制管FET1截止，停止向負載供電。過電流保護是在當負載上有較大電流流過時，控制FET1使其截止，停止向負載放電，目的是為了保護電池和場效電晶體。過電流檢測是利用場效電晶體的導通電阻作為檢測電阻，監視它的電壓降，當電壓降超過設定值時就停止放電。在電路中一般還加有延時電路，以區分浪湧電流和短路電流。該電路功能完善，效能可靠，但專業性強，且專用整合塊不易購買，業餘愛好者不易仿製。

簡易充電電路：

現在有不少商家出售不帶充電板的單節鋰電池。其效能優越，價格低廉，可用於自制產品及鋰電池組的維修代換，因而深受廣大電子愛好者喜愛。有興趣的讀者可參照圖二製作一塊充電板。其原理是：採用恆定電壓給電池充電，確保不會過充。輸入直流電壓高於所充電池電壓3伏即可。R1、Q1、W1、TL431組成精密可調穩壓電路，Q2、W2、R2構成可調恆流電路，Q3、R3、R4、R5、LED為充電指示電路。隨著被充電池電壓的上升，充電電流將逐漸減小，待電池充滿後R4上的壓降將降低，從而使Q3截止， LED將熄滅，為保證電池能夠充足，請在指示燈熄滅後繼續充1—2小時。使用時請給Q2、Q3裝上合適的散熱器。本電路的優點是：製作簡單，元器件易購，充電安全，顯示直觀，並且不會損壞電池。通過改變W1可以對多節串聯鋰電池充電，改變W2可以對充電電流進行大範圍調節。缺點是：無過放電控制電路。圖三是該充電板的印製板圖（從元件面看的透檢視）。

單節鋰電池的應用舉例

1、 作電池組維修代換品

有許多電池組：如膝上型電腦上用的那種，經維修發現，此電池組損壞時僅是個別電池有問題。可以選用合適的單節鋰電池進行更換。

2、 製作高亮微型電筒

筆者曾用單節3.6V1.6AH鋰電池配合一個白色超高亮度發光管做成一隻微型電筒，使用方便，小巧美觀。而且由於電池容量大，平均每晚使用半小時，至今已用兩個多月仍無需充電。電路如圖四所示。

3、代替3V電源

由於單節鋰電池電壓為3.6V。因此僅需一節鋰電池便可代替兩節普通電池，給收音機、隨身聽、照相機等小家電產品供電，不僅重量輕，而且連續使用時間長。

二。鋰電池供電電路設計方案彙總（TP4056鋰電池供電方案）

這裡介紹一種基於TP4056的單節鋰電池的充電方案，並通過簡單外圍電路實現過充過放保護，電源自動切換和硬體開關機。

1、TP4056充電方案

圖1中4腳為電源輸入引腳，8腳為使能引腳，高電平有效（因此直接接到電源）;7腳和6腳，功能分別為充電狀態指示和充電完成指示，這兩個引腳內部結構均為漏極開漏輸出，當它們導通時，對應連線的LED就會通過引腳內部的MOS管形成通路，使LED點亮。正常充電情況下，7腳導通，紅燈亮，6腳截止，綠燈滅。充電完成後，7腳和6腳間的邏輯翻轉，綠燈亮，紅燈滅;5腳為電池正極連線端，晶片通過該引腳對電池進行充電;1腳為溫度保護訊號輸入端，其基本原理為，通過電池內部的NTC（負溫度係數熱敏電阻，隨著溫度升高而阻值降低，溫度降低而阻值升高）與外部的電阻分壓後輸入TEMP引腳，當該電壓值低於輸入電壓45%和高於輸入電壓的80%，充電將被暫停，如果不使用溫度檢測功能，則可以將該引腳直接接地。2腳為充電電壓程式設計引腳

其中：

BAT為充電電流

VPROG為程式設計電壓（在預充階段為0.1V，恆流充階段為1V）

RPROG為程式設計電阻，通過Vprog引腳連結到地

例如，如果RPROG = 1200Ω，則預充階段充電電流為：

0.1/1200*1200=0.1A

恆流階段充電電流為

1/1200*1200=1A

到此TP4056晶片功能介紹完畢，更加詳細的資料可下載其資料手冊進行詳細瞭解。

2、過放及過充保護

過充和過放保護，從字面意思理解即可，就是避免電池過度放電和過度充電。一般來說，鋰電池廠家都會有內建保護電路板，對電池進行過充和過放的保護，這種情況下，我們直接使用TP4056即可;下面將要介紹的使用是沒有內建保護板的鋰電池而採用的保護方案。

在眾多保護方案中，DW01加MOS管為最常見的方案，電路如下

正常狀態下，M1，M2均導通，

過充狀態下，M2截止，充電迴路切斷，過放狀態下，M1截止，放電迴路切斷，兩種狀態實現對電池的過充過放保護;

基於DW01加兩個MOS的方案，廠商還推出了內部整合MOS的DW06，相比較而言，DW06外部電路更簡單電路圖如下

3、自動電源切換

該電源切換電路選自於TP4056的資料手冊中，下面分析其工作原理

在只有VCC-BAT供電的情況下，由於MOS管Q3的G極被R1拉低到地，則MOS導通，VCC-BAT通過Q3向後級供電;

當USB電源VCC-USB插入後，Q3的G極變為高電平，使Q3截止，VCC-USB通過D1向後級供電;

USB拔除後，Q3導通，供電狀態恢復為VCC-BAT供電。

4、硬體開關機電路

一般來說，為了實現對系統的硬體電源切斷，會使用直接的機械開關進行控制電源的通斷。但是由於機械開關存在著體積較大（不利於小型化設計），且由於磨損導致壽命較短等缺點，按鍵開關越來越多的被使用，下面介紹一種比較簡單的實現電路：

如上圖所示

關機狀態：由於Q1被R1鉗位到高電平，Q1截止，VCC不能向後級供電

開機：長按S2，D2導通，使Q1的G極拉低而導通，VCC通過Q1向後級VCC-SYS供電;VCC-SYS連線MCU電源，MCU通電覆位後開始工作，通過控制連線到MCU上面I/O的Power-On，使其為高電平，此時Q2導通，使Q1的G極變為低電平，鬆開按鍵S2，只要Power-On引腳電平保持為高電平，系統供電正常供電;

關機流程：開機狀態下，長按下S2，MCU通過D2，檢測到低電平，累計一定時間後，判定為關機動作，將Power-ON引腳輸出低電平，Q1截止，系統斷電;

上面所述的電路，可實現系統的硬關機。

上面提到的四個電路，可根據實際情況進行組合調整，應用於電路之中。

三。鋰電池供電電路設計方案彙總（硬開關電路設計例項）

硬開關電路是將2節7號電池的串聯電壓通過DC/DC轉換器MAX756轉換成3.3 V的電壓，電路圖如圖1所示。如果不經升壓電路而直接由電池供電，那麼因電池端產生的電壓存在一個由高到低的下降過程。2節新電池的串聯電壓在3 V以上，隨著能量的耗盡，會下降到2V以下，導致機器無法正常工作。JM2按鍵為開/關機鍵，在按動JM2時，由於按鍵的抖動，會產生誤動作。由R20，C13，R21，R22，R23，V9構成的充放電迴路，作用是通過適當地選擇R20，C13，R21的值，使充放電迴路的充電時間與放電時間都大於鍵抖動時間，從而有效地消除鍵的抖動。V9集電極輸出的按鍵脈衝經去抖後，再通過U25 （74HC14）三個帶施密特觸發器的反相器進一步濾波整形，產生波形完整的單脈衝。由該脈衝觸發U24A（74HC74 D觸發器）的翻轉。

圖1中：

①若U24A的5腳Q端輸出高電平，則6腳Q端輸出低電平，該低電平輸入到MAX756的1腳禁止端（低電平有效）。此時MAX756處於關斷狀態，但由於DC/DC轉換電路中的脈衝整流管V5的存在，電池電壓仍然經V5到達DC/DC的輸出端6腳。因此，在電路中還必須加一個電晶體V11作為開關元件。在U24A的6腳Q端輸出低電平使MAX756處於禁止狀態時，U24A的5腳Q端輸出高電平使電晶體V11處於截止狀態，從而使電池到主電路的電源VCC的通路處於徹底關斷狀態，機器處於關機狀態，並且關機時整機電流為最小，經測量不超過5uA.

②當按鍵脈衝觸發U24A（74HC74 D觸發器）翻轉，U24A的5腳Q端輸出低電平，6腳Q端輸出高電平時，MAX756處於工作狀態，因輸出電壓控制端2腳為高電平，所以輸出+3.3 V的電壓。同時，U24A的5腳Q端輸出低電平促使電晶體V11處於導通狀態，這樣MAX756輸出可為主電路提供工作電源，機器處於開機狀態。

在開機狀態下，微控制器的輸出SWPW保持為低電平。當微控制器將SWPW輸出改為高電平時，通過V10構成的反相電路輸出低電平，使U24A置1端有效，U24A的5腳Q端輸出高電平，6腳Q端輸出低電平，機器將被關機，所以SWPW可作為“自動關機”訊號。由於在微控制器上電覆位時1/O口輸出為高電平，復位時的SWPW高電平會引起“復位誤關機”現象。為防止這種現象的發生，在SWPW輸出電路中加了由R25，C14構成的充電迴路，適當選擇R25，C14的取值，復位後在R25，C14充電迴路未充到V10導通的閥值電平0.7 V之前將SWPW置為低電平，便可避免“復位誤關機”現象。

MAX756的5腳LBI是電池低電壓的檢測引腳，如果該引腳上的電壓下降到內部參考基準電壓1.25 V以下，MAX756的4腳LBO（漏極開路型輸出）便會輸出低電平，可作為電池低壓報警訊號。報警電壓點的設定依據有兩個。

①國標要求電池終止電壓為0.9 V.經過實際測量，當2節7號電池的串聯電壓降到2V以下時，電池能量即將耗盡，已不能維持產品持續穩定工作。因此將電池低壓檢測報警點設定在2 V.

之所以稱該電路為硬開關電路，主要原因在於按下JM2便可實現開關機，無須再由微控制器來輔助。SWPW的作用是實現定時自動關機。接下來講的電池供電電路在按鍵控制開關機時必須有微控制器來輔助才行。

四。鋰電池供電電路設計方案彙總（軟開關電路設計例項）

在圖2所示的電源管理電路中，採用了日本理光公司的RN5RK331A DC/DC轉換器，將電池提供的電壓變換為3.3 V的電壓後再供給主電路，保證在電池的整個壽命週期內機器都能穩定工作。

該電路的開/關機的過程分為這樣兩種情況：

①在關機狀態下，JM16鍵作為開機鍵使用。按下JM16，電池電壓經V1到達V5的基極，促使V5和V7導通；電池電壓經V7到DC/DC轉換器RN5RK331A的輸入端和使能端，DC/DC轉換器開始工作，向主電路輸出3.3 V電源。支付密碼器進入開機狀態後，再由微控制器的P3.6輸出低電平並經反相後通過V2使V5和V7保持導通狀態，這樣即使JM16鍵鬆開後，支付密碼器也能維持開機狀態，P3.6輸出低電平起到開機自保的作用。

②在開機狀態下，JM16鍵作為關機鍵使用。未按下JM16鍵時，SWH訊號點為低電平。按下JM16鍵，SWH訊號點為高電平，這一訊號變化通過鍵盤介面被微控制器讀取；在開機時檢測到JM16的閉合，可確定為關機命令；等到JM16鍵鬆開後，微控制器的P3.6輸出高電平並經反相後通過V2使V5和V7變為截止狀態，支付密碼器因為沒有電源供給而關機。在該供電電路中電晶體V7是電池供電的開關元件，將它設在DC/DC轉換電路的前面，關機時將DC/DC轉換器的供電迴路完全切斷，進一步減小了關機時的漏電流。整機關機後，經檢測，關機電流小於5uA.圖2中的電池低電壓檢測報警由日本理光公司的RN5VT20CA（U9）實現，檢測電壓為固定值2V.

與圖1相比較，用JM16鍵開機後，還必須利用微控制器P3.6輸出低電平實現開機自保，因此稱該電路為“軟開關電路”。使用該軟開關電路的優點是無須考慮按鍵去抖動問題，硬體電路簡單，可降低硬體成本，節約印製闆闆面，在手持式產品中印製闆闆面是非常寶貴的（元器件的數量直接影響印製板的大小和產品整體外觀）。缺點是當受到外界強訊號干擾或由於電池電量不足而引起宕機時，按鍵JM16將不起作用，必須取出電池，再重新裝入方能解決宕機現象。當然這種情況出現的機率極低，且因電池電量不足而引起宕機時，就需要更換電池了。而圖1的硬開關電路中，當碰到宕機現象時，無需觸控電池，通過按鍵JM2就能實現開機和關機。

電源濾波

在以上介紹的DC/DC轉換電路中，採用的是DC/DC升壓轉換器件，升壓型DC/DC轉換器的電路結構如圖3所示。

開關K導通時電池BT給電感L充電，在L中以場的形式儲存能量1/（2L×I2）。其中，I為電感電流。K斷開後，L中的磁能又以電能的形式釋放給濾波電容C2和負載RL.週期性的開關操作使電池能量源源不斷地送入負載，而輸出電壓被轉換為：

Vout = Vin/（1-δ）

式中，δ為開關佔空比（導通時間佔工作週期的比率）。控制電路監測輸出電壓並控制佔空比，從而達到調節和穩定輸出電壓的目的。本文介紹的DC/DC升壓轉換器件的控制方式均為PFM（脈衝頻率調製），具有較小的靜態電流，輕載情況下效率較高，但紋波稍大。為保證主電路穩定工作，必須考慮對電源輸出進行濾波。一般採用無源濾波電路來進行濾波，無源濾波的主要形式有電容濾波、電感濾波和複式濾波（包括倒L型，LCπ型濾波和RCπ型濾波等）。當採用電感濾波或複式電感型濾波時，需採用電感量高、體積大的電感，對手持、行動式產品並不適用，所以在負載電流較小的場合，採用RCπ型濾波，結構簡單、經濟，濾波效果也比較好。濾波電容的等效串聯電阻《ESR）是造成輸出紋波的主要因素，電容的材質應選擇具有較低ESR的陶瓷電容、鋁電解電容和鈕電解電容，應儘量避免標準鋁電解電容。採用RCn型濾波時，輸出電壓兩端的脈動係數S=1/（Kω×C×R）。K為常數，由該公式可知，在ω值一定的情況下，R愈大，C愈大，則脈動係數愈小，也就是濾波效果就越好。R值增大時，電阻上的直流壓降會增大，這樣就增大了直流電源的內部損耗；若增大C的電容量，又會增大電容器的體積和重量，也不易實現，因此電容的容量一般為10-100 uF，電阻的值一般在10Ω以下。

以上介紹的兩種電池供電電路，都是將電池電壓轉換為+3.3 V直流電壓，為微控制器應用系統提供工作電源的DC/ DC升壓電路。這類電路主要用在由2節7號電池供電的PDA、手持終端等產品中，其他類產品（如手機、數碼相機）的電池供電電路會有所不同，但工作原理基本相似。在電池供電電路的設計中，都會面臨如何實現開關機、降低關機電流、減小輸出電源中的紋波和干擾訊號、提高轉換效率等一系列問題。只有妥善地解決這些問題，才能確保產品穩定可靠地工作。本文所講的兩個例項較好地解決了這方面的問題，已經在產品中實際應用，效果良好。當然隨著新器件的不斷湧現，還需不斷地改進和完善此類電路的設計，以提升產品的整體效能。