磷酸鐵鋰電池充電電路

1、磷酸鐵鋰電池充電器 CN3059磷酸鐵鋰電池是一種用磷酸鐵鋰（LiFeP04）材料作電池正極、用石墨作電池負 極的新型鋰離子電池。 關于該電池的詳細介紹請參看本刊 9期磷酸鐵鋰動力電池 一文。磷酸鐵鋰電池的標稱電壓是 3.2V 、終止充電電壓是 3.6 ±0.05V 、終止放電電壓是2.0V。該電池與鋰 離子電池一樣要求恒流、恒壓充電，充電率范圍是0.21C。上海如韻電子有限公司在自主開發(fā)出單節(jié)鋰電子充電器芯片 CN3052及CN3056 后，2007年又開發(fā)出性能更好的單節(jié)磷酸鐵鋰充電器芯片 CN3058及 CN3059滿 足了市場的需求。本文將介紹 CN3059。特點與應用CN3

2、059是一種對單節(jié)磷酸鐵鋰電池進行恒流、恒壓充電的充電器IC。用該IC組成的充電器主要特點：充電電流可由一外設電阻 RISET設定，最大充電電流可 達1A;輸入電壓46V,可采用USB接口或4.56V輸出電壓（輸出電流1000 1500mA的AC/DC適配器供電；充電器電路簡單、外圍元器件少、成本低；對過 放電（電池電壓v 2.0V）的電池有小電流預充電模式；內(nèi)部有功率器理電路，若 芯片的結(jié)溫超過115C時能自動降低充電電流作過熱保護，使用戶可設置較大的充電電流，以提高充電效率；有兩個 LED分別作充電狀態(tài)指示及充電結(jié)束指示； 有輸入電壓過低（V 3.61V）時的輸出鎖存功能、自動再充電功能、

3、電池溫度監(jiān) 測功能；采用小尺寸、散熱增強性的 10引腳DFN封裝；充電溫度范圍045E 或065E （由充電電池參數(shù)決定）。CN3059是磷酸鐵鋰電池的專用充電器IC，但它還有一個獨特的特點：外設一個 電阻RVSET它可以增加恒壓充電的輸出電壓。禾I用這個獨特的特點，可以組成 簡易的3節(jié)鎳氫電池充電器及4V鉛酸電池充電器或鋰離子電池充電器。由CN3059組成的充電器適合充0.54Ah的磷酸鐵鋰電池。其應用領域：礦燈、 LED應急燈、警示燈；車模、船模、航模及電動玩具；在照相機中，用 3.2V磷 酸鐵鋰電池替代一次性3V鋰電池（型號為CR123A，其外廓尺寸相同；通信裝 置；小型醫(yī)療儀器及野外測

4、試儀器；小型電動工具等。另外，可采用CN3059組成充3節(jié)鎳氫電池及4V鉛酸電池的充電器等。封裝、引腳排列及功能CN3059采用散熱增強型10引腳小尺寸DFN封裝，其引腳排列如圖1所示，各引 腳功能如表 1 所示。頂視圖TEMPFBISET”一 1此散熱1 _ _CHRG!墊應與iGND| 1DONEVIN一»接-一_._1II L _ _BATVIN1IIr n|1一 1111BAT圖1 CN3059引腳圖表i亡村30鶉客引腳功龍引JW功齟TEMP電他溫度檢測輸人端電他的NT匚蠱度估嚥器的輸出端身吐端連檯若此端電壓小于輸人電壓的 壓的膽并超過進童味昔電乜的溫度過低或過高，克電諂裱特

5、停b如果吐端的電壓在輸人電上 之閻，笄且®£10. 5s,充電議恢蠱若不撿測電池據(jù)度則此端接GND2ISE7恒謊兗電電說設蟹和充電電謊監(jiān)側(cè)端匸此端外檯一電困R 可設定兗電電煉恒洗充電電說1外-1 laoo/R3CNO電煉肚揣.地H 5VIN電悴電壓輸人端“密VIN端場BAT瑞之I可電壓登小于20m甘時，匚PH0"塲進人低功耗應喂模蠱. 電洗加于J 4 A認?EAT電他正扳連核瑞"此端給電池提供恒說股恒壓充電SDONE內(nèi)郵據(jù)扳幵路輸出端，外tLEC （塚也）履假說電阻。柱充電結(jié)束時，此端為低電平，LED克表j9匚H R C內(nèi)部厲棍開昭輸出端，外接LED C

6、紅色矗限洗電沮穹充電器向電剋克電時，此端為慨電平"LED 正氏進軒=善電池慢君連接好# LED會佩彪$宜充電結(jié)束時，LEDQre電他電圧檢測駅a它將電他的電壓往F B瑞輸人內(nèi)翻曲誤壟旗大器，按電他的實際電壓按預充電、恒£ 鈾逬行充電°吐嘲實際上是電柚電壓氐憤城。另外，此端與電池正扱端之閻檯一個電齟K,則可確定桓壓充電時的電壓值主要參數(shù)CN3059的極限參數(shù)：各引腳的電壓范圍為-0.36.5V; BAT引腳與GNDS路時間 可連續(xù)；靜電擊穿電壓為2kV;最高結(jié)溫為150C ;焊接溫度為300C（ 10s）。CN3059的電氣參數(shù)：電源輸入電壓范圍為 46V;靜態(tài)電流

7、典型值為650卩A; 低壓鎖存電壓為Vn<3.61V;預存電閾值電壓是電池電壓小于 2.05V;恒壓充電 電壓3.6V;充電結(jié)束閾值電壓（ISET端電壓）為0.22V;睡眠模式閾值電壓為 Vn VbaW20mV睡眠模式解除閾值電壓為 Vn Vbat>50mV TEMPS高溫閾值電壓 為80%V，低溫閾值電壓為48% VIN。典型應用電路采用CN3059組成磷酸鐵鋰電池充電器電路與由 CN3056組成的鋰離子充電器電路 相比，前者有兩個突出的優(yōu)點：精確檢測充電電池的電壓，充電電池的終止充 電電壓控制得更精確，使電池充的更滿；采用在FB端與電池正極之間加接一個電阻R/set,使充電器除

8、能充磷酸鐵鋰電池外，也可簡單地組成充鉛酸電池及鎳 氫電池，擴展了充電器功能。下面分別介紹這2種典型應用電路。1、充磷酸鐵鋰電池電路充電電池型號為26650,容量為2800mAH采用1000mA恒流電充電(其充電率約 0.36C),充電器電路如圖2所示。orR333 )丄- 二一fl !圖2磷酸鐵鋰電池充電電路充電器采用輸出直流電壓5V、輸出電流1500mA的AC/DC適配器作電源。用紅色 LED作充電狀態(tài)指示燈，用綠色LED作充電結(jié)束指示燈。設定恒流充電電流 I cH=1000mA 貝U Rset為：RsET=1800V/1A=1.8k Q (1)CIN(10卩F)及COUT(1Q F)是為保

9、證充電器工作穩(wěn)定的輸入及輸出電容，可采用多層陶瓷電容器(MLCC。這里重點介紹精確電池電壓檢測電路。圖3是一般電池電壓檢測電路，圖4是精確電池電壓檢測電路。圖3中，BAT端外接充電電池，內(nèi)接由 R1、R2組成的電 阻分壓器，其中間點為輸入誤差放大器，根據(jù)充電電池的實際電壓來對電池進行 預充電、恒流充電及恒壓充電。若在恒流充電時的充電電流為Ich、&T端的電壓為Mat,電池的電壓為V BAT。若BAT端到電池正極之間的金屬連接線的電阻為 R, 則I CH電流從BAT端到電池正極間的電壓降 V)ROF=I ChXA R,貝U VbaT=I ChXA R+V BAT (V ' BAT

10、V VbAt)。充電電流越大，貝U VbAT與 V BAT的差值越大。輸入到誤差放大器 的電壓是VBAT的分壓而不是V BAT的分壓，因此產(chǎn)生電池實際電壓的檢測誤差。 再看圖4電路，BAT端向電池充電。另外，由電池正極加一條連接到FB端，將電池電壓通過R1、R2分壓器后輸入誤差放大器。RIBAIVbat嵌塞、> R2放大器 i圖3 一般電池電壓檢測電路BAT圖4精確電池電壓檢測電路粗看起來，F(xiàn)B端、電池正極端及BAT端是同電位的。但要注意的是從 BAT端流 到電池正極的電流是Ich,若連接線電阻R,其壓差VDro=IchXAR；而若從電 池正極流入FB的電流是I FB,連接線電阻也R,則

11、V BAL VFb的壓差為I FbX Ro 因為I CH往往是0.XA1A,而I FB&3卩A ,所以VbAT與 V BAT的壓差較大，而V BAT 與Vfb之間的壓差甚小(Vbat> V bat> VFb),用VFb端反饋到誤差放大器的電壓與 電池的實際電壓更接近，即檢測電池電壓更精確。這一種精確測量方法也稱為開 爾文檢測法(KeLvin)。用這方法精確檢測電池電壓可使電池的終止充電電壓更 精確，電池也沖的更滿。2、充4V鉛酸電池或3節(jié)鎳氫電池或鋰離子電池的電路在FB端與電池正極之間加一個 R/set電阻，可以調(diào)節(jié)恒壓充電的電壓這一特點， 則除充磷酸鐵鋰電池外，還可組成簡

12、易4V鉛酸電池或3節(jié)鎳氫電池充電器，電路如圖5所示。Vb 46V圖5鉛酸電池或鎳氫電池充電器電路設定的終止充電電壓Vbat與R/SET的關系為：Vbat（V）=3.6（V）+3.04 X 10-6 （A）XRvset（ Q）（2）由于這種簡易充電器設定了終止充電電壓，所以在充電過程不會產(chǎn)生過充電的情況，即充電是安全的。但由于不同種類的電池有各自的充電程式及終止充電的檢 測方法，因此用CN3059組成的簡易充電器在充滿程度上需要差一些。另外，在 充3節(jié)鎳氫電池時，由于充電器沒有每節(jié)電池均壓充電的電路，所充的電池應是同一種型號、同一公司生產(chǎn)、同一組使用的電池，否則會造成由于電池的內(nèi)阻不 同而產(chǎn)生的有的電池未充滿，有的電池已過充電的情況。不同充電電池的FVset值如表2所示。表2不同充電電池的陀制值參數(shù)種類標稱電壓（V）終止充電電壓（¥）終止盛電電壓（V）4辛輅酸電池44. 4/453.6267/3303節(jié)鎳氫電池3.64.23.01963.6¥鋰離子電池3.64. 22 73.0何為保證終止電壓的精度，采用的 R/se應為1%精密電阻（E48 E96系列），溫度 系數(shù)土 100X 10