充電電路分析

1、OZ954 Smart Battery Charger Controller DescriptionPIN CONFIGURATION（接腳（接腳定義）定義）IACMCOMPGCHICHPTOFFGNDASMBDIMAXBBMHDRGNDDVINGACIACPVFBICHMVREFCHGSTVDDSMBCTHMACAVLDRVMAXOZ954122413接腳定義輸入/輸出類型1GAC出模擬2IACM入模擬3IACP入模擬4COMP出模擬5VFB入模擬6GCH出模擬7ICHM入模擬8ICHP入模擬9VREF出模擬10TOFF出數(shù)位11CHGST出TTL同步電流偵測自動校正訊號充電電流狀態(tài)信號輸出

2、,當充電輸出電流大于額定值的200MA,那么輸出為高充電電流偵測放大輸出端充電電流偵測放大輸出之反向輸入端充電電流偵測放大直接輸入內部電壓參考輸出端,輸出電壓為基準的2.5VADAPTER電 流輸 出珍 測錯 誤放 大端 輸入錯誤放大輸出，外接電容進行補償電池電壓反饋給充電器輸出電壓調節(jié)和欠壓保護.分為10個反饋等級功能簡介ADAPTER電流輸出珍測錯誤放大端輸出ADAPTER電 流輸 出珍 測錯 誤放 大端 輸出 之反 向輸 入端PIN CONFIGURATION（接腳（接腳定義）定義）接腳定義輸入/輸出類型12GNDA13VIN入模擬14VMAX入模擬15GNDD16LDR出模擬17HDR

3、出模擬18ACAV出TTL19BBM入模擬20THM入模擬21IMAX入TTL22SMBC入TTL23SMBD出/入TTLSMBUS總線時鐘輸入SMBUS 數(shù)據(jù)入/出AC 有效偵測輸入電池電熱調節(jié)輸入外接15K上拉電阻到VDD最大充電電流嵌位最大電池電壓嵌位,由電阻調節(jié)器確定.數(shù)位地輸出驅動LOWER POWER MOSFET輸出驅動UPPER POWER MOSFETANALOG 地AC電源電壓偵測輸入,分為10個等級功能簡介FEATURES(特性陳述特性陳述):移除移除ADAPTER OZ954將自動關斷充電電路將自動關斷充電電路內建內建BREAK-BEFORE-MAKE 門驅動電路門驅動

4、電路內建內建WAKE-UP充電功能充電功能內建電池電壓和溫度內建電池電壓和溫度A/D轉換電路支持非轉換電路支持非SBS電池充電電池充電2.GENERAL DESCRIPTION(一般功能描述一般功能描述):OZ954是一個是一個SMART BATTERY SYSTEM(SBS)靈敏電池充電系統(tǒng)的靈敏電池充電系統(tǒng)的LEVEL 2 二極充二極充電器電器,它支持對筆記本電腦用之各種電池充電它支持對筆記本電腦用之各種電池充電.Z0945同樣可以單獨同同樣可以單獨同SMART BATTERY通信通信,如果系統(tǒng)進入如果系統(tǒng)進入SUSPEND的狀態(tài)不會影響的狀態(tài)不會影響ZO954對電池充電對電池充電. OZ

5、954內部程式化可由內部程式化可由SMBUS匯流排控制恒流匯流排控制恒流(CONSTANT-CURRENT)&恒壓恒壓(CONSTANT -VOLTAGE)二種模式對電池進行充電二種模式對電池進行充電.另外另外OZ954運用了二個高端電流偵運用了二個高端電流偵測器測器,一個偵測一個偵測AC POWER的電流的電流,內外一個偵測充電電流內外一個偵測充電電流.這倆個電流偵測放大器這倆個電流偵測放大器 具有全具有全自動校正功能自動校正功能,當電腦系統(tǒng)在運行時當電腦系統(tǒng)在運行時,OZ954會同步動態(tài)調整剩余的會同步動態(tài)調整剩余的AC-ADAPTER電流進電流進行充電從而達到最大充電效能行充電從

6、而達到最大充電效能. OZ954同步驅動和調整一對外接功率同步驅動和調整一對外接功率MOS管管,可以實現(xiàn)高達可以實現(xiàn)高達95%的功率轉換效率的功率轉換效率.內部一內部一個個210KHZ的振蕩源提供的振蕩源提供OZ954基本的工作時鐘基本的工作時鐘,并且支持高頻率關斷下的并且支持高頻率關斷下的100%的有效的有效占空比占空比.OZ954支持一個高達支持一個高達4A充電電流的快充電模式充電電流的快充電模式. 典型充電系統(tǒng)電路典型充電系統(tǒng)電路內建電壓內建電壓DAC(數(shù)數(shù)/模模 轉換器轉換器)提供持續(xù)可調精度為小于提供持續(xù)可調精度為小于1%的恒壓操作模式的恒壓操作模式,這這個獨特的功能確保向電池提供一

7、個高精度的充電電壓個獨特的功能確保向電池提供一個高精度的充電電壓.特別有益于特別有益于LI電池的充電電池的充電.OZ954提供一個符合提供一個符合SBS CHARGER規(guī)格充電模式規(guī)格充電模式.自動從自動從WAKE-UP(慢充模慢充模式式),FAST(快充模式快充模式)到到TOP-OFF(截止模式截止模式)的完整充電過程的完整充電過程.同時同時,OZ954一直一直會偵測電池溫度會偵測電池溫度,充電電壓充電電壓,電流并開啟電流并開啟SMBUS通信通信.同時針對同時針對ADAPTER 過壓過壓,欠壓欠壓.電池過壓電池過壓,高溫高溫,短路提供保護短路提供保護.另外另外,ZO954內建一個內建一個8B

8、IT A/D(數(shù)數(shù)/模模)轉換和一個電池電壓轉換和一個電池電壓,溫度數(shù)據(jù)處理的溫度數(shù)據(jù)處理的多功器多功器.在在ZO954中中,系統(tǒng)通過系統(tǒng)通過SMBUS可以直接讀取電池電壓可以直接讀取電池電壓,溫度的數(shù)據(jù)溫度的數(shù)據(jù).3.FUNTIONAL DESCRIPTION 功能簡述功能簡述:VIND2VMILQ11.BUCK CONVERTER TOPOLOGY 瞬間充電電流的轉換設計瞬間充電電流的轉換設計 大部分大電流充電器都是基于大部分大電流充電器都是基于PWM(PULSE-WIDTH-MODULATED)脈寬脈寬調制動態(tài)調節(jié)設計調制動態(tài)調節(jié)設計,稱為逐步調解器稱為逐步調解器,提供高效率提供高效率,

9、低損耗的電氣性能低損耗的電氣性能.L0C0RLVGV0持續(xù)工作模式持續(xù)工作模式:從圖可以看出此電路為從圖可以看出此電路為PWM降壓電路降壓電路,Q1是是P溝道增強型溝道增強型MOS管管,D2位續(xù)流二極管位續(xù)流二極管.在一個動態(tài)調節(jié)在一個動態(tài)調節(jié)(控制控制)模式模式.輸出電壓可由輸出電壓可由下列方程得到下列方程得到:V0=VIN.D D=TD/(TD+TD)D表示有效占空比表示有效占空比,是指一個周期內是指一個周期內Q1開啟時間開啟時間TD和整個周期和整個周期TD+TD之之比值比值.Q1開啟時開啟時,經(jīng)過經(jīng)過L0 電流電流IL有一個有一個(VIN-V0)/L0的上升斜率的上升斜率,關閉時有一關閉

10、時有一個個-V0/L0的下降過程的下降過程.如果負載電流如果負載電流偏低偏低,調節(jié)系統(tǒng)會進入自動調整脈寬的調節(jié)系統(tǒng)會進入自動調整脈寬的過程過程.連續(xù)工作模式連續(xù)工作模式間斷工作模式間斷工作模式注意注意,當當Q1關閉后關閉后,感應電流感應電流IL下降到零直下降到零直到下個周期到下個周期Q1再次開啟后再次開啟后,Q1的關閉時間的關閉時間分為倆個部分分為倆個部分,TD感應電流斜率下降的時感應電流斜率下降的時間間.TD”感應電流為零的時間感應電流為零的時間.2. 同步校正功能同步校正功能:VINVMQ1C0RLVGD2ILL0V0Q2假設電池充電器具有動態(tài)調節(jié)功能假設電池充電器具有動態(tài)調節(jié)功能(PWM

11、),又假設又假設ADAPTER電壓是電壓是20V,對一個低電壓對一個低電壓電池充電電池充電,比如比如7.5V,那么充電有效占空比為那么充電有效占空比為7.5/20=0.375 那么意味著續(xù)流二極管那么意味著續(xù)流二極管D2的功耗是的功耗是: 4.0A *0.5V *0.625=1.25W這這1.25W的功耗可以使一個典型的的功耗可以使一個典型的SMD肖特極二極管溫度上升到肖特極二極管溫度上升到125攝氏度攝氏度,又假設又假設QJA是是100 C/W那么這么高的溫升將限制支持快速充電模式。那么這么高的溫升將限制支持快速充電模式。通常的解決辦法是用同步校正通常的解決辦法是用同步校正MOSFET與與D

12、2并聯(lián)并聯(lián),假設是一個假設是一個N溝道溝道MOSFET那么飽和那么飽和導通時的導通時的RDS(ON)那么功耗為那么功耗為: 0.02*(4.0) *0.625=0.20W2可知可知,功耗損失降低功耗損失降低84%.不過增加這個不過增加這個M0SFET調節(jié)器后調節(jié)器后.一定要在連續(xù)運行機制模一定要在連續(xù)運行機制模式式.3. DUAL HIGH-SIDE CURRENT SENSING (雙重高端電流感應雙重高端電流感應)D2L0Q1DC/DC CONVERTERISYSQ2RCHICH2VBATTIADICH1ADAPTERRAD如圖所示為典型的單電池充電系統(tǒng)如圖所示為典型的單電池充電系統(tǒng),AD

13、APTER經(jīng)過經(jīng)過D/D轉換提供系統(tǒng)電流轉換提供系統(tǒng)電流ISYS.它也向電池提供充電電流它也向電池提供充電電流ICH1,它可以提供盡可能快的充電性能它可以提供盡可能快的充電性能,無論電無論電腦系統(tǒng)是否在使用腦系統(tǒng)是否在使用,當然一個當然一個ADAPTER 有它的功率最大輸出值有它的功率最大輸出值,所以它不可能同時全力的供應系統(tǒng)工作所以它不可能同時全力的供應系統(tǒng)工作和充電和充電.OZ954應用一個高端電流感應器應用一個高端電流感應器,偵測偵測ADAPTER輸出電流是否達到輸出電流是否達到它的極限它的極限,如果有剩余則對電池充電如果有剩余則對電池充電,通過動態(tài)調解達到最大充電效率通過動態(tài)調解達到最

14、大充電效率.另一個用于偵測充電電流的大小以確保充電符合條件另一個用于偵測充電電流的大小以確保充電符合條件,諸如電池電路短路諸如電池電路短路.同同時時OZ954會限制充電電流的大小不能超過額定電流的會限制充電電流的大小不能超過額定電流的125%.值得注意的是這些精確電流輸入源值得注意的是這些精確電流輸入源,是直接通過偵測精確偵測電阻是直接通過偵測精確偵測電阻(外接外接)兩端兩端電壓來獲得的電壓來獲得的.典型充電模式典型充電模式Q1L0VINIACPIACMHDR LDRICHP ICHMVFBCHGSTOZ954ADAPTERSMART BATTERYSMBCSMBDTHMISYSRADRCH充

15、電電流偵測充電電流偵測ADAPTER 輸輸出電流偵測出電流偵測通常通常 ,一個高端電流偵測電路是由一個精密電阻及一個電阻分壓網(wǎng)絡構成一個高端電流偵測電路是由一個精密電阻及一個電阻分壓網(wǎng)絡構成,這樣一這樣一個網(wǎng)絡可以提供很大的電壓范圍個網(wǎng)絡可以提供很大的電壓范圍(2.04.0)給電流放大器的輸入端給電流放大器的輸入端.另外另外OZ954內置一個置零電路內置一個置零電路,它有效補償電流偵測放大器的電壓偏移量它有效補償電流偵測放大器的電壓偏移量.4. CURRENT-SENSE AMPLIFIER DESIGN( 電流偵測錯電流偵測錯誤放大設計誤放大設計)VSENICVN1VN2AUTO-ZERO

16、CIRCUITVOLTAGE DIVIDER BRIDGEIAIBRPRPHIGH-SIDE CURRENT SENSE CIRCUITRSEN5V5V(1)RP的選擇范圍為的選擇范圍為360K到到1M +1%的的精度精度(2)R的電阻的電阻100K歐或歐或-30攝氏攝氏讀讀.)充電器不進行充電充電器不進行充電,這個這個OVER-RANGE也可用于電池存在的偵測也可用于電池存在的偵測,當電池沒當電池沒有接上或它的溫度感應器開路了有接上或它的溫度感應器開路了.OZ954偵測到溫度感應器為高電阻偵測到溫度感應器為高電阻,它不回供它不回供應電流應電流.(4)SMART BATTERY 充電器規(guī)格也定

17、義了一種充電器規(guī)格也定義了一種UNDER RANGE 欠范圍欠范圍(THERM_UR,低于低于1K歐歐),OZ954會提供一個典型的會提供一個典型的45分鐘分鐘,電流為電流為256MA WAKE-UP(喚醒喚醒)充電電流充電電流, 在這充電其間在這充電其間OZ954會響應任何的充電要求會響應任何的充電要求.如果如果在在45分鐘的分鐘的WAKE UP之后沒有其他的充電要求之后沒有其他的充電要求,充電電流將被關斷充電電流將被關斷.(5)每一個每一個SBS SMBUS的標準的標準.LILON電池以一個低電阻值電池以一個低電阻值(比如比如 100歐歐)THERMISTOR用于偵測以區(qū)別用于偵測以區(qū)別N

18、IMH電池電池(通常是通常是10K歐歐).(6)另外另外0Z954需要一個需要一個15K的上拉電阻接到的上拉電阻接到+5去偵測精確的溫度感應器的阻值去偵測精確的溫度感應器的阻值,那么他是通過那么他是通過THM PIN19偵測的偵測的. 4.371V 對應對應 100K 的溫度感應器的溫度感應器 3.365V 對應對應 30K的的溫度感應器溫度感應器 0.850V 對應對應 3K 的溫度感應器的溫度感應器 0.314V 對應對應 1K 的的溫度感應器溫度感應器11. WAKE-UP (喚醒充電喚醒充電)SMART BATTERY 充電器規(guī)格在某些條件下對充電器規(guī)格在某些條件下對SMART BAT

19、TERY進行一個進行一個WAKE-UP充電充電,從前面我們可以知道從前面我們可以知道,當偵測感應電偶在當偵測感應電偶在COLD和和UNDER范圍范圍內內,OZ954被設置成支持一個被設置成支持一個45分鐘的分鐘的WAKE-UP充電模式充電模式,值得注意的是值得注意的是WAKE-UP充電模式是一個充電模式是一個10V電壓電壓,256MA的充電模式的充電模式.如果電池電壓高于如果電池電壓高于10V,ZO954將不會支持將不會支持WAKE-UP的充電模式的充電模式.12. INTERNAL A/D CONVERTER (內部模內部模/數(shù)轉換器數(shù)轉換器)OZ954內部有一個內部有一個8 BIT A/D轉換器轉換器,系統(tǒng)可以通過系統(tǒng)可以通過SMBUS總線自由的讀取數(shù)據(jù)暫總線自由