在现代便携式电子设备、电动工具、储能系统等领域,两节串联锂电池因其7.4V标称电压、较高的能量密度和相对安全的电压范围而得到广泛应用。这种配置通常采用两个18650电芯或聚合物锂电池串联而成,工作电压范围为6V(深度放电)至8.4V(充满状态)。与单节锂电池相比,两节串联系统在相同容量下能提供更高的输出功率,但同时也对充电管理提出了更复杂的技术要求。
第一章:基础原理与技术挑战
1.1 充电管理的基本逻辑
两节串联锂电池的充电过程遵循恒流-恒压(CC-CV)充电曲线,但需要根据电池组的实时电压动态调整充电电压。当电池电压为6V时,充电芯片需要提供约7V的充电电压;随着电池电压升高至7V,充电电压需相应提升至8V,直至最终达到8.4V的充满电压并转入涓流充电。
1.2 核心设计考量
输入电压适配:不同电源输入需要不同的电压转换策略
功率转换效率:直接影响充电速度和系统温升
安全保护机制:过压、过流、温度保护缺一不可
系统兼容性:适应不同规格的电源适配器
第二章:5V USB输入升压型充电方案
2.1 应用场景与技术难点
5V USB输入是最普遍的充电场景,但将5V升压至8.4V面临效率挑战。以8.4V 2A充电电流为例,电池端功率达16.8W,考虑90%的转换效率,输入端需要提供约3.73A的电流,这对传统USB端口构成了压力。
2.2 代表方案:PW4584A
关键特性:
输入电压:5V1A-2A(耐压30V,防误插输入高压保护)
输出配置:升压至8.4V,电流0.5A-1A可调
LED灯,可做单灯或双灯指示,可找代理商拿资料
安全机制:输入过压保护、温度保护
认证支持:满足CE、FCC等EMC认证要求
设计优势:
自适应输入电流限制,兼容不同功率的USB电源
高压输入保护,防止快充适配器误操作
紧凑的电路设计,适合空间受限的应用
第三章:9V-12V输入降压型充电方案
3.1 效率优化策略
当输入电压高于电池电压时,降压拓扑能提供更高的转换效率。压差越小,效率越高,发热越少。
3.2 产品矩阵分析
PW4084方案
输入范围:9V-15V(过压保护点15V)
充电电流:最大2A
LED灯,可做单灯或双灯指示,可找代理商拿资料
特性:自适应输入电源管理,优化小电流电源兼容性
应用:适配器输入的标准降压方案
PW4203方案
输入范围:9V-20V
性价比优势:在9V-15V范围内成本更优
适用:需要更高输入电压裕量的场景
PW4242方案
输入范围:15V-24V
拓扑:外置MOSFET,设计灵活性更高
优势:支持更高输入电压,散热设计更优
第四章:5V-20V自适应升降压快充方案
4.1 技术突破与应用价值
PW4000方案代表了当前最先进的充电管理技术,通过集成升降压转换器和快充协议芯片,实现了全电压范围的自适应充电。
4.2 系统架构解析
核心组件:
PW4000充电管理芯片
·支持1-4节锂电池配置
·最大3A充电电流
·集成同步升降压控制器
PW6606快充协议芯片
支持PD/QC快充协议
可编程电压诱骗(5V-12V)
实现与快充充电器的智能协商
技术亮点:
输入电压自适应:5V时自动升压,9V/12V时自动降压
充电功率达20W,2.4A充电电流
完整的充电状态指示(充电/充满/故障)
支持多电池并联扩展容量
第五章:设计选型指南与工程实践
5.1 选型决策矩阵
应用场景 输入电源 充电需求 推荐方案 关键考虑
便携设备 5V USB 5W-10W PW4584A 成本、体积、认证
电动工具 12V适配器 8W-16W PW4084 效率、散热
高端产品 快充适配器 20W快充 PW4000+PW6606 兼容性、用户体验
工业设备 15V-24V 8W-16W PW4242 可靠性、环境适应性
5.2 设计注意事项
热管理设计
根据充电电流合理设计散热面积
PCB布局要点
功率回路尽可能短而宽
敏感信号远离功率走线
适当使用屏蔽和滤波
安全设计
多重保护机制协同工作
电池温度监测不可或缺
防止电池反接和短路
第六章:结论与建议
两节串联锂电池充电管理已经从单一功能向系统化解决方案发展。工程师在选择充电方案时,需要综合考虑:
1.输入电源特性:确定最常使用的充电方式
2.充电速度需求:平衡充电时间与系统成本
3.应用环境要求:考虑温度范围、可靠性标准
4.未来发展空间:预留技术升级和功能扩展能力
对于追求最佳用户体验的产品,推荐采用PW4000+PW6606的快充兼容方案;对于成本敏感型应用,PW4584A和PW4084提供了优秀的性价比选择。无论选择哪种方案,完善的热设计和安全保护都是确保产品长期可靠运行的关键。
随着快充技术的普及和电池技术的进步,两节串联锂电池充电管理将继续向着更高效率、更智能、更集成的方向发展,为各类电子设备提供更加安全、便捷的充电体验。