雙節(jié)鋰電池充電控制IC CN3702

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)立對鋰電池充電進(jìn)行自動管理，具有封裝外形小，外圍元器件少和使用簡單等優(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，充電電流通過一個外部電阻設(shè)置。對于深度放電的鋰電池，當(dāng)電池電壓低于5.6V 時，CN3702用所設(shè)置的恒流充電電流的15%對電池進(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，充電結(jié)束。在充電結(jié)束狀態(tài)，如果電池電壓下降到8V

2、 時，自動開始新的充電周期。當(dāng)輸入電源掉電或者輸入電壓低于電池電壓時，CN3702自動進(jìn)入睡眠模式。 其它功能包括輸入低電壓鎖存，電池溫度監(jiān)測，電池端過壓保護(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 對兩節(jié)鋰電池完整的充電管理 充電電流達(dá)5A PWM 開關(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)置 對深度放電的電池進(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)測功能 自動再充電功能

3、 充電狀態(tài)和充電結(jié)束狀態(tài)指示 軟啟動功能 電池端過壓保護(hù) 工作環(huán)境溫度：40 到 85 采用16管腳TSSOP 封裝 產(chǎn)品無鉛，無鹵素元素，滿足RoHS管腳排列:BAT VCC DRV COM2COM3NC test CSP典型應(yīng)用電路: 圖1 典型應(yīng)用電路訂購信息: 管腳描述: 極限參數(shù)其它管腳到GND 的電壓.0.3V to VCOM3+0.3V 存儲溫度.65-150 工作環(huán)境溫度.40-85 焊接溫度(10 秒.300超出以上所列的極限參數(shù)可能造成器件的永久損壞。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，長期在這種條件下還會影響器件的可靠性。CONS

4、ONANCE Rev 1.2 4電氣特性:（VCC=15V，T詳細(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電阻R CS 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，充電器正常工作，對電池充電。如果電池電壓低于5.6V ，充電器自動進(jìn)入涓流充電模式，此時充電電流為所設(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，此時充電電流由內(nèi)部的200mV 基準(zhǔn)電壓和一個外部電阻R CS 設(shè)置，即充電電流為200mV/

5、RCS 。當(dāng)電池電壓繼續(xù)上升接近恒壓充電電壓時，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，充電結(jié)束，DRV 管腳輸出高電平。漏極開路輸出管腳內(nèi)部的晶體管關(guān)斷，輸出為高阻態(tài)；另一個漏極開路輸出管腳內(nèi)部的晶體管接通，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)，如果斷開輸入電源，再重新接入，將開始一個新的充電周期；如果電池電壓下降到再充電閾值4V/節(jié)，那么也將自動開始新的充電周期。當(dāng)輸入電壓掉電時，CN3702自動進(jìn)入睡眠模式，內(nèi)部電路被關(guān)斷。為了監(jiān)測電池溫度，需要在TEMP 管腳和GND 管腳之間連接一個10k 的負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。如果電池溫度超

6、出正常范圍，充電過程將被暫停，直到電池溫度回復(fù)到正常溫度范圍內(nèi)為止。CN3702內(nèi)部還有一個過壓比較器，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，如果BAT 管腳電壓上升到恒壓充電電壓的1.08倍時，過壓比較器動作，關(guān)斷片外的P 溝道MOS 場效應(yīng)晶體管，充電器暫時停止，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，比如在電池沒有連接到充電器上，或者電池突然斷開，BAT 管腳的電壓可能會達(dá)到過壓保護(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 圖2 充電過程示意圖應(yīng)用信息低電壓鎖存 (UVLO芯片內(nèi)部的低電壓鎖存電路監(jiān)測輸入電壓，當(dāng)輸入電

7、壓低于6V(典型值 時，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，此時充電電流為所設(shè)置的恒流充電電流的15%。充電電流的設(shè)置恒流充電電流由下式?jīng)Q定： 其中：I CH 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，充電結(jié)束。充電結(jié)束電流由下式?jīng)Q定： 其中： I EOC 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。Rext 的電阻值不能大于100K，否則充電將不能正

8、常結(jié)束。 R CS 是在CSP 管腳和BAT 管腳之間的充電電流檢測電阻，單位為歐姆。根據(jù)上面的公式可以計算充電結(jié)束電流與恒流充電電流的比值： 當(dāng)Rext=0時，I EOC /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=100K時，I EOC /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，將開始新的充電周期，這樣可以保證電池的飽滿度在80%以上。 電池溫度監(jiān)測為了

9、監(jiān)測電池的溫度，需要一個緊貼電池的負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。當(dāng)電池的溫度超出可以接受的范圍時，充電將被暫時停止，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 管腳連接到兩個比較器的輸入端，其低電壓閾值為175毫伏，對應(yīng)正常溫度范圍的上限溫度點(diǎn)；高電壓閾值為1.6伏特，對應(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時應(yīng)該為10k ，在上限溫度點(diǎn)時其電阻值應(yīng)該大約為3.5k (約對應(yīng)50 ；在下限溫度點(diǎn)時其電阻值應(yīng)該大約為32k (約對應(yīng)0 。一些負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，比如TH11-3H10

10、3F ，MF52(10 k ，QWX-103和 NCP18XH103F03RB 等，都能與CN3702配合使用。前面所列負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻的型號僅供參考，用戶可以根據(jù)具體需要選擇合適的型號。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 k和32k 稍微大一點(diǎn)，用戶可以通過同熱敏電阻并聯(lián)一個普通電阻，將正常工作溫度范圍向下移動；反之，可以同熱敏電阻串聯(lián)一個普通電阻，將正常工作溫度范圍向上移動。如果不用電池溫度監(jiān)測功能，只要在TEMP 管腳到地之間接一個10K 的電阻即可。狀態(tài)指示CN3702有兩個漏極開路狀態(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

11、狀態(tài)管腳為高阻態(tài)。在充電結(jié)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)電池沒有接到充電器時，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 管腳形成一個鋸齒波形，同時輸出脈沖信號表示沒有安裝電池。當(dāng)電池連接端BAT 管腳的外接電容為10u F 時，脈沖的頻率大約為10Hz 。當(dāng)不用狀態(tài)指示功能時，將不用的狀態(tài)指示輸出端接到地。表1列明了兩個狀態(tài)指示端口對應(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 表1

12、 狀態(tài)指示說明片外功率管驅(qū)動CN3702的DRV 管腳用于驅(qū)動片外MOS 場效應(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 場效應(yīng)晶體管。在驅(qū)動2nF 的負(fù)載情況下，上升時間和下降時間典型值為40nS 。一般來講，一個導(dǎo)通電阻為50毫歐的MOS 場效應(yīng)晶體管的等效電容大約為2nF 。CN3702內(nèi)部有鉗位電路，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?/p>

13、補(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470pF 的電容(2 從COM2到地之間串聯(lián)連接一個120的電阻和一個220nF 的瓷片電容(3 從COM3到地之間連接一個100nF 的瓷片電容電池連接檢查CN3702沒有電池連接檢查功能。當(dāng)電池沒有連接到充電器上時，CN3702將輸出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 管腳形成一個鋸齒波形，同時

14、輸出脈沖信號表示沒有安裝電池。當(dāng)電池連接端BAT 管腳的外接電容為10u F 時，脈沖的頻率大約為10Hz 。最好不要在充電器運(yùn)行時將電池接入充電器，否則充電器可能在短時間內(nèi)向電池灌入較大電流。 輸入和輸出電容輸入電容對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RMS 紋波電流需要達(dá)到充電電流的二分之一。對輸出電容的選擇，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(ESR。一般來講，10uF 的輸出電容可以滿足要求。電感的選擇在正常工作時，瞬態(tài)電感電流是周期性變化的。在P 溝道MOS 場效應(yīng)晶體管

15、導(dǎo)通期間，輸入電壓對電感充電，電感電流增加；在P 溝道MOS 場效應(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)該被限制在一個合理的范圍內(nèi)。電感的紋波電流可由下式估算： 其中：f 是開關(guān)頻率，300KHzL 是電感值V BAT 電池電壓VCC 是輸入電壓在選取電感值時，可將電感紋波電流限制在I L 0.4×I CH ，I CH 是充電電流。請留意最大電感紋波電流I L 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，應(yīng)該選用較大的電感

16、值。 關(guān)于電感值的選擇，請參考表2： 表2 電感值的選擇MOSFET 的選擇CN3702的應(yīng)用電路需要使用一個P 溝道MOS 場效應(yīng)晶體管。選擇該MOS 場效應(yīng)晶體管時應(yīng)綜合考慮轉(zhuǎn)換效率，MOS 場效應(yīng)晶體管功耗以及最高溫度。在芯片內(nèi)部，柵極驅(qū)動電壓被鉗位在5.8V(典型值 ，可以使用低開啟電壓的P 溝道MOS 場效應(yīng)晶體管。所以需要留意該MOS 場效應(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 場效應(yīng)晶體管時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C RSS ，輸入電壓和最大充電電流。MOS 場效應(yīng)晶體管的最大功耗可以用下式來近似： 其

17、中：Pd 是MOS 場效應(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 溝道場效應(yīng)晶體管在室溫(25 條件下的導(dǎo)通電阻ICH 是充電電流dT 是P 溝道MOS 場效應(yīng)晶體管的實際溫度與室溫(25 的溫度差除了前面公式所描述的導(dǎo)通損耗I 2Rds(on外，MOS 場效應(yīng)晶體管還有開關(guān)損耗，開關(guān)損耗隨著輸入電壓的增加而增加。一般來講，在輸入電壓小于20V 時，導(dǎo)通損耗大于開關(guān)損耗，應(yīng)該優(yōu)先考慮導(dǎo)通電阻比較小的MOS 場效應(yīng)晶體管；在輸入電壓大于20V 時，開關(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 場效應(yīng)晶體管。一般C RSS 的值在M

18、OS 場效應(yīng)晶體管的技術(shù)規(guī)格書中都有列明，如果沒有明確列明該電容值，可由公式C RSS = QGD /V DS 來估算。很多型號的MOS 場效應(yīng)晶體管，比如AO4459，STM9435(或 WT9435 和AO3407A ，都可以選用。前面所列MOS 場效應(yīng)晶體管的型號僅供參考，用戶需要根據(jù)具體要求來選用適合的型號。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。這兩個二極管通過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電流能力或耐壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過所需要的值，由于這樣的二極管具有較高的結(jié)電容，將增

19、加充電器的開關(guān)損耗，降低效率。利用TEMP 管腳實現(xiàn)充電禁止功能利用TEMP 管腳可以實現(xiàn)充電禁止功能，如圖3所示： 注：M1為N 溝道場效應(yīng)晶體管圖3 利用TEMP 管腳實現(xiàn)充電禁止功能當(dāng)控制信號為高電平時，M1導(dǎo)通，TEMP 管腳為低電平，禁止充電；當(dāng)控制信號為低電平時，M1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。 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，CN3702進(jìn)入睡眠模式。在睡眠模式電池消耗的電流包括：(2 從電池端經(jīng)過二極管D1流到輸入電壓端的電流，此電流由二極管D1的漏電流決定此電流對輸入端電容C1充電，輸入端電壓會有一定程度的提高。為了避免誤