在前面的教程中，锂离子电池的基础讨论。此外，还讨论了小心处理这些电池的重要性。正如在前面的教程中提到的，锂离子电池需要使用 CC-CV 方法充电，在这个教程中，一个锂离子电池充电器的单芯锂离子电池标称电压3.7 v 将被设计。
图1: 电池线性充电器实时
电路原型
充电器电路的设计基本上有两种拓扑结构
1. 充电器使用线性调节器调压器
2. 使用开关调节器的充电器
市场上有充电器模块可以用来给锂离子电池充电。在这个教程中，一个使用基本
电子元件包括线性调节器调压器的充电器将从头开始设计。充电器电路将根据电池规格和充电要求定制。
普通3.7伏锂离子电池的最大额定电压为每个电池4.2伏。这意味着，当电池的终端电压达到4.2 v 时，电池已经充满电，不能存储超过这个电压的电量。在恒压状态下，充电电路在电池的两端以恒定的速率施加相同的电压。试图通过施加高于这个电压的电池充电可能会快速充电电池，但它减少了电池寿命。
除了最大额定电压或峰值终端电压外，在设计充电器电路时还需要考虑的另一个重要因素是 c 比率。如果一个3000毫安的锂离子电池充满1500毫安的最大电流，那么它将被称为0.5 c 充电率。为了安全起见，锂离子电池必须以0.5 c 到0.8 c 的充电速率充电。
锂离子电池的充电循环基本上有两个阶段-
1. 恒流充电(简称 CC 模式)
2. 恒压充电(简称 CV 模式)
但是有些充电器的设计是为了在充电过程中跳过或增加更多的阶段。在本教程中，充电器设计将有两个基本阶段，包括恒流和恒压模式。你可参考以往的教程「锂离子电池充电基础知识」 ，了解锂离子电池的基本原理及充电方法。
本教程中设计的充电器电路分为两部分-
A)恒流恒压
电源的设计
B)设计开关
在本教程中，将讨论恒流源和恒压源的设计，开关机构的设计将在下一教程中讨论。因此，在本教程中，首先，将设计一个电荷率为0.5 c 的恒流源。随后将设计一个4.2 v 的恒压源。
所需组件 -
下表-列出了使用线性稳压器设计恒流源和恒压源所需的元件
图2: 单电池锂离子电池充电器用恒流源和恒压源所需元件清单
方框图 -
图3: 单芯锂离子电池充电器的恒流恒压电源框图
电路连接
充电器电路遵循以下的充电算法-
图4: 基于线性调节器调压器的3.7 v 锂离子电池充电器充电算法流程图
充电器电路的恒流源和恒压源的设计步骤如下-
1)测试电池规格
2)确定充电器电路的设计参数
3)利用 lm317集成电路设计恒流源
4)利用 lm317集成电路设计恒压源
测试电池规格-
在设计充电器之前，首先要确认电池的规格。首先，测试电池的最大充电率是很重要的。本电路采用最大额定电压为4.2 v/1000 mAh 的18650锂离子电池进行充电。如果这个电池以0.5 c 的充电速率充电，这意味着充电电路提供给电池的最大电流必须是500毫安。
首先，电池将在 CC 模式下进行测试，最大电流为500ma。在这种模式下，根据电池的最大额定电压，电池的电压应该在3 v 到4 v 之间。在 CC 模式下，充电电流必须是500ma，但是这种模式下的充电电压必须确定。这个电压可以通过下面所示的电池充电曲线来确定。
图五: 锂离子电池充电曲线图
可以观察到在 CC 模式下，蓄电池的充电电压与蓄电池的实际电压是等效的。因此，在这种模式下，电池的电压降必须等于它的实际电压。当电池电压达到4.0 v 时，必须向其提供等于电池最大额定电压，即4.2 v 的恒定电压。然后电池充电电流应该开始减少，当它达到0.1 c，即100毫安，那么电池必须被认为是充满电。
充电器电路设计参数的确定
实际上，纸上的电池规格似乎没那么有用。对于500毫安的最大电流，可以设计一个使用线性集成电路的恒流源。通过这个恒流源，在 CC 模式下对锂离子电池进行充电时，观察到在充电过程中电池的实际电压为3.5 v，最大充电电流为500ma 时，电池电压超过4 v。根据标准，电池可以承受其实际电压没有任何偏差高达1c 的充电率。但在 CC 模式下，观察到电池电压与实际电压有偏差。尽管电池上的标签上写着1000毫安，但是它没有在0.5 c 充电。因此，在对充电器电路进行初步测试后，很容易得出结论: 电池不适合在500毫安时充电。
因此，为了给这种电池充电，充电电流应该减小，以便在电池终端可以实现所需的电压。因此，测试电池在不同电流小于500毫安。经过几次撞击和试验，观察到电池电压接近其真实电压在充电电流60毫安。因此，充电器电路必须设计为在60ma 的 CC 模式下给电池充电。
最后通过充电电路对蓄电池进行初步测试，给出了充电电路的设计参数
- CC 模式的充电电流必须为60毫安
- CV 模式下的充电电压必须为4.2 v
对于 CC 和 CV 两种充电方式的蓄电池，需要设计分离的恒流源和恒压源。恒流源和恒压源都可以使用 lm317稳压器集成电路设计。需要使用两个独立的 lm317集成电路，一个作为恒压源，另一个作为恒流源。
Lm317作为恒流源和恒压源的工作可以从以下教程了解-
- lm317作为可调恒流源
- lm317电源
恒流源的设计
Lm317的下列电路作为恒流源工作
图6: 锂离子电池线性充电器用 lm317恒流源电路图
为了设计这个电路，必须确定电阻 Rs 的大小。利用恒流源电路的直接方程可以计算其电流值。在这里，电阻 Rs 决定输出端的电流，其值可以通过下面的公式-计算出来
I = 1.25/Rs (lm317数据表中给出的公式)
理想电流，i = 60mA
Rs = 1.25/0.06
Rs = 20欧姆(大约)
通过改变 Rs 值，可以改变期望的恒流值。由于 lm317可以提供1.5 a 的最大电流，这就是为什么 Rs 的值不能小于0.83 e。
在选择任何电阻器时，基本上都要考虑两个参数，一个是电阻器的电阻，另一个是电阻器的额定功率。功率额定值以瓦数表示，取决于流过电阻器而不损坏它的最大电流。因此，如果采用低瓦电阻，那么，高电流会加热电阻并损坏它。因此，确定电阻器的功率等级也同样重要。它可以计算如下-
从电阻器 Rs 流出的最大电流为60ma。
因此，功率 = (Rs 上的电压降) * (Rs 上的最大电流)
功率 = 1.25 * 0.06
功率 = 75兆瓦(约)
因此，最大功率消耗卢比是75兆瓦。
根据可用性，可以使用0.25 w 或250 mW 的电阻器。
必须指出的是，充电电路是为 CC 模式下60毫安的充电电流而设计的。但是，根据具体电池的充电电流，可以通过改变 lm317电路中电阻 Rs 的值，将其改变为最大值1.25 a。
– 恒压源的设计
Lm317的下列电路作为恒压源工作。
图7: 锂离子电池线性充电器用 lm317恒压源电路图
为了使用 lm317作为恒压源，在输出引脚和地之间使用了电阻分压电路。分压器电路有一个可编程电阻(电阻 Rp)和另一个输出设置电阻(电阻 Rs)。通过取一个合适的编程电阻和输出电阻的比值，可以确定期望的输出电压值。输出电压 Vout 可以用下面的公式计算
Vout = 1.25 * (1 + (Rc/Rp)(lm317数据表中给出的方程)
为了保证电路的稳定性，电阻的典型值应为220e 到240e。在此电路中，编程电阻 Rp 的值为220e。现在按照要求，输出电压应该是4.2 v，所以电阻 Rc 的值如下
期望输出电压，Vout = 4.2 v
输出设置电阻，Rp = 220E
把 Vout 和 Rp 的数值放入等式中,
4.2 = 1.25 * (1 + (Rc/220)
求解该方程后，计算 Rc 值如下
Rc = 520欧姆(大约)为了使用 lm317作为恒压源，在输出引脚和地之间使用了电阻分压电路。分压器电路有一个可编程电阻(电阻 Rp)和另一个输出设置电阻(电阻 Rs)。通过取一个合适的编程电阻和输出电阻的比值，可以确定期望的输出电压值。输出电压 Vout 可以用下面的公式计算
Vout = 1.25 * (1 + (Rc/Rp)(lm317数据表中给出的方程)
为了保证电路的稳定性，电阻的典型值应为220e 到240e。在此电路中，编程电阻 Rp 的值为220e。现在按照要求，输出电压应该是4.2 v，所以电阻 Rc 的值如下
期望输出电压，Vout = 4.2 v
输出设置电阻，Rp = 220E
把 Vout 和 Rp 的数值放入等式中,
4.2 = 1.25 * (1 + (Rc/220)
求解该方程后，计算 Rc 值如下
Rc = 520欧姆(大约)
因此，利用两块 lm317集成电路，设计了一个60ma 的恒流源和4.2 v 的恒压源。这两种较小的电路都将成为锂离子电池充电电路的一部分。
图8: 锂离子电池线性充电器中恒压源和恒流源的电路图
在设计充电器和使用充电器电路之前，必须检查电池的额定电流和最大额定电压。在 CV 模式下，蓄电池的充电电压必须大于其最大额定电压。电池必须以0.5 c 到0.8 c 的充电速率充电。电阻器 Rs 必须具有适当的瓦特额定值，以防止电阻器受到任何损坏。
不能超过 lm317集成电路的输入电压和输出电流限制，因为这会损坏稳压器集成电路。这些规范必须从集成电路的数据表中检查。如果在 CC 模式下从 LM317 IC 采用大电流(500ma 或更大) ，则必须使用散热器来帮助其冷却并增加其寿命。散热器也是导体，所以应该注意不要使集成电路的引脚与散热器短路，否则会导致集成电路短路和损坏。
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