雙節(jié)鋰電池充電控制ICCN370

1、5A雙節(jié)鋰電池充電管理集成電路CN3702概述:CN3702是PWM降壓模式雙節(jié)鋰電池充電管理集成電路，獨(dú)立對(duì)鋰電池充電 進(jìn)行自動(dòng)管理，具有封裝外形小，外圍元器件少和使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。CN3702具有恒流和恒壓充電模式，非常適合鋰電池的充電。在恒壓充電模 式CN3702將電池電壓調(diào)制在8.4V ,精度為±1% ；在恒流充電模式，充電電流通 過(guò)一個(gè)外部電阻設(shè)置。對(duì)于深度放電的鋰電池，當(dāng)電池電壓低于5.6V時(shí)，CN3702用所設(shè)置的恒流 充電電流的15%對(duì)電池進(jìn)行涓流充電。在恒壓充電階段.充電電流逐漸減小，當(dāng) 充電電流降低到外部電阻所設(shè)置的值時(shí)，充電結(jié)束。在充電結(jié)束狀態(tài)，如果電池電 壓下降

2、到8V時(shí)，自動(dòng)開(kāi)始新的充電周期。當(dāng)輸入電源掉電或者輸入電壓低于電池 電壓時(shí)，CN3702自動(dòng)進(jìn)入睡眠模式。VOLT pgnd GND"JCHRG 4DONE 巧CN3702TEMP 6Eocr?C0M1 8其它功能包括輸入低電壓鎖存，電池溫度監(jiān)測(cè).電池端過(guò)壓保護(hù)和充電狀態(tài)指 示等。CN3702采用16管腳TSSOP封裝。應(yīng)用:便攜式DVD ,對(duì)講機(jī)筆記本電腦備用電池應(yīng)用便攜式工業(yè)和醫(yī)療儀器電動(dòng)工具獨(dú)立電池充電器特點(diǎn):寬輸入電壓范圍：7.5V到28V 對(duì)兩節(jié)鋰電池完整的充電管理充電電流 達(dá)5A PWM開(kāi)關(guān)頻率：300KHZ 恒壓充電電壓精度：±1% 恒流充電電流由外 部電阻設(shè)

3、置對(duì)深度放電的電池進(jìn)行涓流充電充電結(jié)束電流可由外部電阻設(shè)置 電池溫度監(jiān)測(cè)功能自動(dòng)再充電功能充電狀態(tài)和充電結(jié)束狀態(tài)指示軟啟動(dòng)功能電池端過(guò)壓保護(hù)工作環(huán)境 溫度：- 40°C到十85°C 采用16管腳TSSOP封裝產(chǎn)品無(wú)鉛，無(wú)鹵素元素，滿足RoHS管腳排列：BAT VCC DRV COM2COM3NC test CSPTel:755-88300687Fax:755-86036016Mobile :型應(yīng)用電路綸入電海VG DRVVCCCN37O2 nctest CHEGCOM2DOHECOMI TEMPCOM3 EOCGND PGNDMl "TU

4、10OnF| n<«>>>1«TiCSPBAT圖1典型應(yīng)用電路訂購(gòu)信息:輸入電源RCS_=RCSTel:755-88300687Fax:755-86036016Mobile :腳描述:管謬序號(hào)名你1VG內(nèi)詔電爪謁制2（綸tn為內(nèi)祁歿動(dòng)電電訊itvGttwfu VCC tfWZMK f lOOnF 的電寡qPGND坊乍地3GND4機(jī)開(kāi)州輸出宅任充電狀£內(nèi)側(cè)赧俸許桂優(yōu)付期"到低電平5li極開(kāi)坷冷岀増仗克電怙敘饕鳥(niǎo).內(nèi)汕悴將此敢到限 電宇.ft*.此nwnm狀層.6TEMP電池刃度監(jiān)測(cè)輸入用.莊此怦詩(shī)到地2阿連

5、1< 一個(gè)負(fù)忍度系救的 給鍛電Rl7EOC丘電他41電対ifi戍帰遇述個(gè)電UJ按 m.8C0M1卜任占入W1 AititwmZMK t470pF 的電*.9COM2回路補(bǔ)連搖-t 120Q 的m Siw-個(gè)：20nF的電禪.10ten9RUUB.喬林此敢掩列地.11COM3HWH卜空輸人増 3. MtttWWMlZHtt MOOnF 的電*.12NC沒(méi)右連擅13CSP金電電淹4拠M綸入瑙此nilWBATftW測(cè)仗龍電電渝溝測(cè)電 HIRCS燉X的電仏片*f此電樂(lè)佑號(hào)反加芯片進(jìn)竹電淘洞剖14BAT電池電用檢電電ift檢卻負(fù)$1入）內(nèi)用;高輔唯電口1 連按到it ft料.HAIAft的電兒聲號(hào)

6、禪利運(yùn)曹機(jī)人爲(wèi) 鈕定flHHi充電電HL15VCC輸入坊vcc也址內(nèi)事電路的電». itnwmzw 35耍斥-個(gè)沱祓電容16DRV功片外P禹idMOS場(chǎng)技旦RS伶的檢限極限參數(shù)VCC, VG, DRV, CHRG, DONE到 GND 的電壓0.3V to 30VCSP, BA T 到 GND 的電壓-0.3V to 28V COM3 到GND的電壓6.5V其它管腳到GND的電壓-0.3VtoVCOM3+0.3V 存儲(chǔ)溫度-65°C 150°C工作環(huán)境溫度-40°C85°C焊300 °C接溫度（10秒超出以上所列的極限參數(shù)可能造成器件

7、的永久損壞。以上給出的僅僅是極限范 圍.在這樣的極限條件下工作.器件的技術(shù)指標(biāo)將得不到保證，長(zhǎng)期在這種條件下 還會(huì)影響器件的可靠性。Tel:755-88300687Fax:755-86036016Mobile :ONSONANCERev 1.2 4電氣特性：(VCC=15V, TTel:755-88300687Fax:755-86036016Mobile :細(xì)描述：CN3702是PWM降壓型鋰電池充電管理芯片，具有恒流恒壓充電模式。恒流 充電電流由連接于CSP管腳和BAT管腳之間的電流檢測(cè)電阻RCS設(shè)置 在恒壓 充電模式.電池電壓為&

8、4V,精度為1%。當(dāng)VCC管腳電壓大于低壓鎖存閾值，并且大于電池電壓時(shí)，充電器正常工 作.對(duì)電池充電。如果電池電壓低于5.6V,充電器自動(dòng)進(jìn)入涓流充電模式，此時(shí) 充電電流為所設(shè)置的恒流充電電流的15%。當(dāng)電池電壓大于5.6V _充電器進(jìn)入恒 流充電模式，此時(shí)充電電流由內(nèi)部的200mV基準(zhǔn)電壓和一個(gè)外部電阻RCS設(shè) 置.即充電電流為200mV/RCS o當(dāng)電池電壓繼續(xù)上升接近恒壓充電電壓時(shí)，充電 器進(jìn)入恒壓充電模式，充電電流逐漸減小。當(dāng)充電電流減小到EOC管腳電阻設(shè)置 的值時(shí)，充電結(jié)束，DRV管腳輸出高電平。漏極開(kāi)路輸出管腳內(nèi)部的晶體管關(guān) 斷.輸出為高阻態(tài)；另一個(gè)漏極開(kāi)路輸出管腳內(nèi)部的晶體管接通

9、.輸出低電平.以 指示充電結(jié)束狀態(tài)。在充電結(jié)束狀態(tài)，如果斷開(kāi)輸入電源，再重新接入，將開(kāi)始一個(gè)新的充電周 期；如果電池電壓下降到再充電閾值4V/節(jié)，那么也將自動(dòng)開(kāi)始新的充電周期。當(dāng)輸入電壓掉電時(shí).CN3702自動(dòng)進(jìn)入睡眠模式，內(nèi)部電路被關(guān)斷。為了監(jiān)測(cè)電池溫度.需要在TEMP管腳和GND管腳之間連接一個(gè)10k Q的負(fù) 溫度系數(shù)的熱敏電阻。如果電池溫度超出正常范圍.充電過(guò)程將被暫停.直到電池 溫度回復(fù)到正常溫度范圍內(nèi)為止。CN3702內(nèi)部還有一個(gè)過(guò)壓比較器，當(dāng)BAT管腳電壓由于負(fù)載變化或者突然 移走電池等原因而上升時(shí)，如果BAT管腳電壓上升到恒壓充電電壓的1.08倍時(shí)， 過(guò)壓比較器動(dòng)作.關(guān)斷片外的P

10、溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管，充電器暫時(shí)停止，直到 BAT管腳電壓回復(fù)到恒壓充電電壓以下。在某些情況下，比如在電池沒(méi)有連接到 充電器上，或者電池突然斷開(kāi).BAT管腳的電壓可能會(huì)達(dá)到過(guò)壓保護(hù)閾值。此為 正?，F(xiàn)象。充電電流和充電電壓示意圖如圖2所示。電池電壓CHRG圖2充電過(guò)程示意圖Tel:755-88300687Fax:755-86036016Mobile :用信息低電壓鎖存（UVLO芯片內(nèi)部的低電壓鎖存電路監(jiān)測(cè)輸入電壓，當(dāng)輸入電壓低于6V（典型值時(shí)， 內(nèi)部電路被關(guān)斷.充電器不工作。涓流充電在充電狀態(tài).如果電池電壓低于5.6V,充電器進(jìn)入涓流充電模式，此時(shí)充電 電流為所設(shè)置的

11、恒流充電電流的15%。充電電流的設(shè)置恒流充電電流由下式?jīng)Q定：2Q0mVRCS其中：ICH是恒流充電電流R CS是連接于CSP管腳和BAT管腳之間的充電電流檢測(cè)電阻充電結(jié)束電流的設(shè)置在恒壓充電模式，充電電流逐漸減小，當(dāng)充電電流減小到EOC管腳的電阻所 設(shè)置的電流時(shí)，充電結(jié)束。充電結(jié)束電流由下式?jīng)Q定：ICH 二2Q0mVRCS其中：IEOC充電結(jié)束電流，單位為安培 Rext是從EOC管腳到地之間連接的電阻，單位為歐姆。Rexi的電阻值不能大于100KH,否則充電將不能正常結(jié)束。RCS是在CSP管腳和BAT管腳之間的充電電流檢測(cè)電阻，單位為歐姆。根據(jù)上面的公式可以計(jì)算充電結(jié)束電流與恒流充電電流的比值

12、:ICH 二200mVRCS 1.278X14350 +RextAX 10 s當(dāng)RexbO時(shí)，IEOC/ICH=9.17%,即用戶可設(shè)置的最小充電結(jié)束電流為所設(shè) 置的恒流充電電流的9.17%。當(dāng)Rext=100KQH, IEOC/ICH =73%,即用戶可設(shè) 置的最大充電結(jié)束電流為所設(shè)置的恒流充電電流的73%。自動(dòng)再充電充電結(jié)束以后，如果輸入電源和電池仍然連接在充電器上，由于電池自放電或 者負(fù)載的原因，電池電壓逐漸下降，當(dāng)電池電壓降低到4V/節(jié)時(shí)，將開(kāi)始新的充電 周期，這樣可以保證電池的飽滿度在80%以上。電池溫度監(jiān)測(cè)為了監(jiān)測(cè)電池的溫度，需要一個(gè)緊貼電池的負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。當(dāng)電池的 溫度超

13、出可以接受的范圍時(shí)，充電將被暫時(shí)停止，直到電池溫度回復(fù)到正常范圍 內(nèi)。負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻應(yīng)該連接在TEMP管腳和地之間。在芯片內(nèi)部.TEMP 管腳連接到兩個(gè)比較器的輸入端，其低電壓閾值為175毫伏，對(duì)應(yīng)正常溫度范圍的 上限溫度點(diǎn)；高電壓閾值為16伏特，對(duì)應(yīng)正常溫度范圍的下限溫度點(diǎn)。TEMP管腳的上拉電流為50UA ,所以負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻值在25°C時(shí)應(yīng)該 為1 OkG,在上限溫度點(diǎn)時(shí)其電阻值應(yīng)該大約為3.5kQ（約對(duì)應(yīng)50°C ；在下限溫度點(diǎn)時(shí)其電阻值應(yīng)該大約為 32kQ（約對(duì)應(yīng)0°C。一些負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，比如TH11-3H103F, MF52（10QW

14、X-103和N CP18XH103F03RB等.都能與CN3702配合使用。前面所列 負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻的型號(hào)僅供參考，用戶可以根據(jù)具體需要選擇合適的型號(hào)。如果在上限溫度點(diǎn)和下限溫度點(diǎn)處負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻值比3.5血和32k Q 稍微大一點(diǎn)，用戶可以通過(guò)同熱敏電阻并聯(lián)一個(gè)普通電阻.將正常工作溫度范圍向 下移動(dòng)；反之，可以同熱敏電阻串聯(lián)一個(gè)普通電阻.將正常工作溫度范圍向上移 動(dòng)。如果不用電池溫度監(jiān)測(cè)功能，只要在TEMP管腳到地之間接一個(gè)10KQ的電 阻即可。狀態(tài)指示CN3702有兩個(gè)漏極開(kāi)路狀態(tài)指示輸出端：管腳和管腳。在充電狀態(tài)，管腳被 內(nèi)部晶體管下拉到低電平，在其它狀態(tài)管腳為高阻態(tài)。在充電結(jié)

15、束狀態(tài)，管腳被內(nèi) 部晶體管下拉到低電平.在其它狀態(tài)，管腳為高阻態(tài)。當(dāng)電池沒(méi)有接到充電器時(shí).CN3702將輸出電容充電到恒壓充電電壓，并進(jìn)入 充電結(jié)束狀態(tài)，由于BAT管腳的工作電流對(duì)輸出電容的放電效應(yīng)，BAT管腳的電 壓將慢慢下降到再充電閾值，CN3702再次進(jìn)入充電狀態(tài)，這樣在BAT管腳形成 個(gè)鋸齒波形，同時(shí)輸出脈沖信號(hào)表示沒(méi)有安裝電池。當(dāng)電池連接端BAT管腳的 外接電容為10u F時(shí)，脈沖的頻率大約為10Hz o當(dāng)不用狀態(tài)指示功能時(shí)，將不用的狀態(tài)指示輸出端接到地。表1列明了兩個(gè)狀態(tài)指示端口對(duì)應(yīng)的充電器狀態(tài)。這里假設(shè)紅色LED連接到 管腳，綠色LED連接到CHRGCHRG管腳DONE管腳狀態(tài)描

16、述低電平（紅色LED亮）奇阻態(tài)（綠色LED滅）充電奇阻態(tài)（紅色LED火）低電平（綠色LED亮）充電結(jié)束脈沖信號(hào)脈沖信號(hào)沒(méi)有連接電池高阻態(tài)（紅色LED滅）髙阻態(tài)（綠色LED滅）三種可能情況 VCC管腳電壓低于低丿 存電壓，或者 VCC管腳電壓低于BA腳電壓，或者 電池溫度異常表1狀態(tài)指示說(shuō)明片外功率管驅(qū)動(dòng)CN3702的DRV管腳用于驅(qū)動(dòng)片外MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極，該管腳能夠提 供比較大的瞬態(tài)電流以快速接通和關(guān)斷片外MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管。在驅(qū)動(dòng)2nF的負(fù) 載情況下，上升時(shí)間和下降時(shí)間典型值為40nSo 般來(lái)講，一個(gè)導(dǎo)通電阻為50 毫歐的MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的等效電容大約為2nF oCN3702內(nèi)部有

17、鉗位電路，以保證DRV管腳的低電平比VCC管腳的電壓低 8V(最大值。比如.假設(shè)VCC的電壓為20V,那么DRV管腳的低電平為最小 12V。這樣，一些具有極低導(dǎo)通電阻的低壓P溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管可以與 CN3702配合使用，從而提高了充電器的工作效率?；芈费a(bǔ)償為了保證電流調(diào)制回路和電壓調(diào)制回路的穩(wěn)定性，需要下面的回路補(bǔ)償元件：(1從COM1管腳到地之間接一個(gè)470pF的電容(2從COM2到地之間串聯(lián)連接一個(gè)120Q的電阻和一個(gè)22011F的瓷片電容(3從COM3到地之間連接一個(gè)10011F的瓷片電容電池連接檢查CN3702沒(méi)有電池連接檢查功能。當(dāng)電池沒(méi)有連接到充電器上時(shí)，CN3702將 輸出

18、電容作為電池充電到恒壓充電電壓后.進(jìn)入充電結(jié)束狀態(tài)，由于BAT管腳的工作電流對(duì)輸出電容的放 電效應(yīng)，BAT管腳的電壓將慢慢下降到再充電閾值，CN3702再次進(jìn)入充電狀態(tài)， 充電器將在充電狀態(tài)和充電結(jié)束狀態(tài)之間循環(huán)，這樣在BAT管腳形成一個(gè)鋸齒波 形，同時(shí)輸出脈沖信號(hào)表示沒(méi)有安裝電池。當(dāng)電池連接端BAT管腳的外接電容為 10u F時(shí)，脈沖的頻率大約為10Hz 。最好不要在充電器運(yùn)行時(shí)將電池接入充電器，否則充電器可能在短時(shí)間內(nèi)向電 池灌入較大電流。輸入和輸出電容輸入電容對(duì)輸入電源起濾波作用.需要吸收在輸入電源上產(chǎn)生的紋波電流，所 以輸入電容必須有足夠的額定紋波電流。在最壞情況下，輸入電容的額定RM

19、S紋 波電流需要達(dá)到充電電流的二分之一。對(duì)輸出電容的選擇.為了降低輸出端的紋波電壓和改善瞬態(tài)特性，主要考慮串 聯(lián)等效電阻（ESRO 一般來(lái)講，10i】F的輸出電容可以滿足要求。電感的選擇在正常工作時(shí)，瞬態(tài)電感電流是周期性變化的。在P溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管 導(dǎo)通期間，輸入電壓對(duì)電感充電，電感電流增加；在P溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管關(guān) 斷期間，電感向電池放電，電感電流減小。電感的紋波電流隨著電感值的減小而增 大隨著輸入電壓的增大而增大。較大的電感紋波電流會(huì)導(dǎo)致較大的紋波充電電流 和磁損耗。所以電感的紋波電流應(yīng)該被限制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。電感的紋波電流可由下式估算：CHRGA I. 一 WpATf-l

20、VBAT 其中：f是開(kāi)關(guān)頻率，300KHZL是電感值VBAT電池電壓VCC是輸入電壓在選取電感值時(shí)，可將電感紋波電流限制在AIL =0.4xICH, IC H是充電電 流。請(qǐng)留意最大電感紋波電流 IL出現(xiàn)在輸入電壓最大值和電感最小值的情況下。所以充電電流較低時(shí)，應(yīng)該選用較大的電感值。關(guān)于電感值的選擇，請(qǐng)參考 表2 :充電電流輸入電壓電感值1A>20V40uH<20V30uH2A>20V30uH<20V20uH3A>20V20uH<20V15uH4A>20V15uH<20VlOuH5A>20VlOuH<20V8uH表2電感值的選擇MOS

21、FET的選擇CN3702的應(yīng)用電路需要使用一個(gè)P溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管。選擇該MOS場(chǎng) 效應(yīng)晶體管時(shí)應(yīng)綜合考慮轉(zhuǎn)換效率，MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管功耗以及最高溫度。在芯片內(nèi)部.柵極驅(qū)動(dòng)電壓被鉗位在5.8V(典型值，可以使用低開(kāi)啟電壓的P 溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管。所以需要留意該MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的擊穿電壓BV DSS要大于最高輸入電壓。選擇P溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管時(shí)需要考慮的因素包括導(dǎo)通電阻Rds(on,柵極 總電荷Qg,反向傳導(dǎo)電容CRSS,輸入電壓和最大充電電流。MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的最大功耗可以用下式來(lái)近似:Pd =VBATvccX Rds(on) X ICH2X (1+0.005dT)其中：Pd是

22、MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的功耗VBAT是電池的最高電壓VCC是最小輸入電壓Rds（on是P溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管在室溫（25°C條件下的導(dǎo)通電阻ICH是充電電流dT是P溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的實(shí)際溫度與室溫（25°C的溫度差除了前面公式所描述的導(dǎo)通損耗12Rds（on外，MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管還有開(kāi)關(guān)損 耗.開(kāi)關(guān)損耗隨著輸入電壓的增加而增加。一般來(lái)講，在輸入電壓小于20V時(shí)， 導(dǎo)通損耗大于開(kāi)關(guān)損耗.應(yīng)該優(yōu)先考慮導(dǎo)通電阻比較小的MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管；在 輸入電壓大于20V時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗大于導(dǎo)通損耗，應(yīng)該優(yōu)先考慮反向傳導(dǎo)電容C RSS比較小的MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管。一般C RSS的值在MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體

23、管的技術(shù) 規(guī)格書中都有列明，如果沒(méi)有明確列明該電容值，可由公式C RSS = QGD仏V DS 來(lái)估算。很多型號(hào)的MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管，比如AO4459. STM9435（或WT9435和 AO3407A ,者阿以選用。前面所列MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的型號(hào)僅供參考，用戶需 要根據(jù)具體要求來(lái)選用適合的型號(hào)。二極管的選擇在典型應(yīng)用電路圖1中的二極管D1和D2均為肖特基二極管。這兩個(gè)二極管 通過(guò)電流能力至少要比充電電流大；二極管的耐壓要大于最低輸入電壓的要求。二極管D1和D2的選擇原則為夠用即可，如果所選用二極管的通過(guò)電流能力 或耐壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)所需要的值，由于這樣的二極管具有較高的結(jié)電容，將增加充電器 的開(kāi)

24、關(guān)損耗，降低效率。利用TEMP管腳實(shí)現(xiàn)充電禁止功能利用TEMP管腳可以實(shí)現(xiàn)充電禁止功能，如圖3所示:CN3702TEMPGNDntc注：Ml為N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管圖3利用TEMP管腳實(shí)現(xiàn)充電禁止功能當(dāng)控制信號(hào)為高電平時(shí)，Ml導(dǎo)通，TEMP管腳為低電平，禁止充電；當(dāng)控制信號(hào)為低電平時(shí)，Ml關(guān)斷，TEMP管腳的電壓由NTC電阻值決定， 進(jìn)行正常的電池溫度監(jiān)測(cè)。關(guān)于睡眠模式電池電流在圖1所示的典型應(yīng)用電路中，當(dāng)輸入電壓掉電或者輸入電壓低于電池電壓 時(shí).CN3702進(jìn)入睡眠模式。在睡眠模式電池消耗的電流包括：(1流入bat管腳和CSP管腳的電流，大約為14i】A(VBAT二8.4V(2從電池端經(jīng)過(guò)二極管D1流到輸入電壓端的電流，此電流由二極管D1的漏