天玖隆CN3718多節(jié)鎳氫電池充電管理集成電路

1、Rev .11特點:寬輸入電壓范圍:7.5V到28V對多節(jié)綠氫電池進行完整的充電管理最高充電電壓由外部電阻設(shè)置維持充電時間由外部電容設(shè)置充電電流可達5APWM開關(guān)頻率：300KHZ恒流充電電流由外部電阻設(shè)置對深度放電的電池進行涓流充電電池溫度監(jiān)測功能自動再充電功能雙狀態(tài)指示軟啟動功能電池端過壓保護工作環(huán)境溫度：一40匸到+85C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:DRVVCCBATCSPNCCOM3FBCOM25A多節(jié)銀氫電池充電管理集成電路CN371；概述:CN3718是PWNI降壓模式多節(jié)銀氫電池充電管理集成電路，獨立對多節(jié)銀氫電池充電進行自動管理，具有封

2、裝外形小，外圍元器件少和使用簡單等優(yōu)點。CN3718具有涓流,恒流和維持充電模式,非常適合多節(jié)銀氫電池的充電。對深度放電的電池，當(dāng)電池電壓低所設(shè)置的最高允電電壓的66.7%時，CN3718用所設(shè)置的恒流充電電流的24%対電池進行涓流充電。在恒流充電模式，充電電流通過一個外部電阻設(shè)置。在維持允電模式，充電電流為恒流允電電流的24%,維持充電時間由外部電容設(shè)置，當(dāng)充電時間達到外部電容所設(shè)置的值時，CN3718進入充電結(jié)束狀態(tài)。在允電結(jié)束狀態(tài)，如果電池電壓卜降到所設(shè)置的最高充電電壓的88-6%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電池電壓時，CN3718自動進入低功耗的睡眠模式。其它

3、功能包括輸入低電壓鎖存，電池溫度監(jiān)測，電池端過壓保護和充電狀態(tài)指示等。CN3718采用16管腳TSSOP封裝。應(yīng)用：多節(jié)銀氫電池充電備用電池應(yīng)用便攜式工業(yè)和醫(yī)療儀器電動工具對講機Rev1.1 典型應(yīng)用電路:多節(jié)電池Rev1.1 #Rev1.1 圖1典型應(yīng)用電路訂購信息:型號工作溫度封裝CN3718一40C至IJ+85CTSSOP16（編帶，每盤3000片）7聯(lián)黑亠：于機:7S9O2打76327座如:O75S一33O12OSSQQ:2355607nbn:斤O(tOtOitsgmi.0OE辿泌：霧利申華強3匕鼎城國際丸履-G74圭Rev1.1 管腳描述:管腳序號名稱說明1VG內(nèi)部電壓調(diào)制器輸出。為

4、內(nèi)部驅(qū)動電路提供電源。在VG管腳和VCC管腳之間接一個10011F的電容。2PGND功率地3GND模擬地4CHRG漏極開路輸出端。在涓流充電，恒流充電和過充電狀態(tài)，內(nèi)部晶體管將此管腳拉到低電平：否則，此管腳為高阻狀態(tài)。5DONE漏極開路輸出端。在浮充電狀態(tài)，內(nèi)部晶體管將此管腳拉到低電平；否則，此管腳為高阻狀態(tài)。6TEMP電池溫度監(jiān)測輸入端。在此管腳到地Z間連接一個負溫度系數(shù)的熱敏電阻。7CT維持允電時間設(shè)置端。將此管腳通過一個電容接到地，用來設(shè)置維持充電時間。維持充電時間=396.6XCT（秒），其中CT的單位為微法。8COMI回路補償輸入端lo在此管腳到地Z間接一個470pF的電容。9COM

5、2回路補償輸入端2。在此管腳到地Z間串聯(lián)連接一個120Q的電阻和一個22011F的電容。10FB電池電壓反饋端。外接電阻分壓網(wǎng)絡(luò)以設(shè)置電池最高充電電壓11COM3回路補償輸入端3o在此管腳到地Z間接一個100HF的電容。12NC沒有連接13CSP允電電流檢測正輸入端。此管腳和BAT管腳測帚允電電流檢測電阻RCS兩端的電壓,并將此電壓信號反饋給芯片進行電流調(diào)制。14BAT允電電流檢測負輸入端。此管腳和CSP管腳測帚允電電流檢測電阻RCS兩端的電壓，并將此電壓信號反饋給芯片進行電流調(diào)制。15VCC外部電源輸入端。VCC也是內(nèi)部電路的電源。此管腳到地Z間需要接一個濾波電容。16DRV驅(qū)動片外P溝道M

6、OS場效應(yīng)晶體管的柵極。極限參數(shù)VCC,VG,DRV,CHRG,DONE到GND的電壓0.3Vto30VCSP,BAT到GND的電壓-0.3Vto28VCOM3到GND的電壓6.5V其它管腳到GND的電壓一0.3VtoVcom3+0.3V存儲溫度-65150工作環(huán)境溫度一40C85C焊接溫度（10秒）300C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用,在這樣的極限條件卜工作,器件的技術(shù)指標(biāo)將得不到保證,長期在這種條件卜還會影響器件的可靠性。電氣特性：（VCC=15V,Ta=-40C到85C,除非另有注明）參數(shù)符號測試條件最小典型最大單位輸入電壓范圍VCC7.528V

7、低電壓鎖存閾值UVLO4.267.3V芯片工作電流Ivcc、BATeG1.21.72.2mAFB管腳反饋電壓FBFB管腳電壓，過充電模式2.3922.4162.44VFB管腳偏置電流【FBVfb=2.4V50300nA電流檢測電壓CSVbat66.7%XVmax(注1)160168176mV(CSPBAT)battslwtsVpre電壓監(jiān)測VpreVbat恒流充電電流情況監(jiān)測VbatVcct電壓監(jiān)測VpRVbat維持充電定時情況監(jiān)測TchrgTsET是電壓監(jiān)測VpreVbat充電丄作框圖Rev1.1 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)輸入電壓低J：6V（典型

8、值）時，內(nèi)部電路被關(guān)斷，CN3718不工作。關(guān)于涓流充電閾值，恒流充電終止電壓和最高充電電壓當(dāng)電池端電壓低涓流充電閾值時，CN3718處涓流充電模式。涓流允電閾值為（最高允電電壓X66.7%）。當(dāng)電池端電壓人J：涓流充電閾值，小J：恒流充電終止電壓時，CN3718處恒流充電模式。恒流允電終止電壓為（最高充電電壓X95.8%）當(dāng)電池電壓大J：恒流充電終止電壓時，CN3718處維持充電模式。在維持允電模式，只有當(dāng)維持充電定時器溢出時，充電才會停止，所以在此期間，電池端電壓可能繼續(xù)上升，為此設(shè)置最高充電電壓Vmax，當(dāng)電池電壓達到最高充電電壓時，電池電壓不再上升，因此對電池是一種保護機制。最高充電電

9、壓的設(shè)置如圖1所示，電池端的電壓通過電阻R6和R7構(gòu)成的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)反饋到FB管腳,CN3718根據(jù)FB管腳的電壓決定充電狀態(tài)。考慮到流入FB管腳的偏置電流，最高充電電壓為：Vmax=2-416X（1+R7/R6）+IbXR7其中，Ib是FB管腳的偏置電流，其典型值為40nA。從上式可以看到，F(xiàn)B管腳偏置電流導(dǎo)致電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的分壓結(jié)果存在誤差，誤差值為IbXR70假設(shè)R7=500KQ,那么誤差值約為20亳伏。所以在設(shè)計電阻分壓網(wǎng)絡(luò)時，應(yīng)該將上述誤差考慮在內(nèi)。可設(shè)置的最高充電電壓不能大于25Vo由電阻R6和R7會從電池消耗一定的電流，在選取R6和R7的電阻值時，應(yīng)首先根據(jù)所允許消耗的電流選取R6

10、+R7的值，然后再根據(jù)上式分別計算R6和R7的值。涓流充電在充電狀態(tài)，如果電池電壓低丁所設(shè)置的最高充電電壓的66.7%,CN3718進入涓流充電模式，此時充電電流為所設(shè)置的恒流充電電流的24%。恒流充電在充電過程中，當(dāng)電池端電壓在最高允電電壓的66.7%和95.8%時，CN371S處J：恒流充電狀態(tài)。在恒流充電狀態(tài)，恒流充電電流由下式?jīng)Q定：ICH=AfmvRCS其中：ICH是恒流充電電流Res是連接J：CSP管腳和BAT管腳么間的充電電流檢測電阻維持充電在充電過程中，當(dāng)電池端電壓人最高允電電壓的95.8%時，CN3718處維持允電狀態(tài)。在維持充電狀態(tài)，充電電流為所設(shè)置的恒流充電電流的24%。在

11、維持充電狀態(tài)，維持充電定時器工作，當(dāng)此定時器溢出時，允電過程結(jié)束。維持充電時間由CT管腳的電容所設(shè)置，由下式?jīng)Q定：維持充電時間=396.6XCT（秒）其中：CT是從CT管腳到地的電容值，單位為微法自動再充電充電結(jié)束以后，如果輸入電源和電池仍然連接在充電器上，由電池自放電或者負載的原因，電池電壓逐漸卜降，當(dāng)電池電壓降低到所設(shè)置的最人充電電壓的88.6%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)測為了監(jiān)測電池的溫度，需要一個緊貼電池的負溫度系數(shù)的熱敏電阻。當(dāng)電池的溫度超出可以接受的范用時，充電將被暫時停止，直到電池溫度回復(fù)到正常范圍內(nèi)。負溫度系數(shù)的熱敏電阻應(yīng)該連接在T

12、EMP管腳和地Z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亳伏，對應(yīng)正常溫度范悴I的上限溫度點：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。TEMP管腳的上拉電流為52uA,所以負溫度系數(shù)的熱敏電阻值在25C時應(yīng)該為10kQ,在上限溫度點時其電阻值應(yīng)該大約為3.5kQ（約對應(yīng)50C）：在卜限溫度點時其電阻值應(yīng)該大約為32kQ（約対應(yīng)0C）。一些負溫度系數(shù)熱敏電阻，比如TH11-3H103F,MF52（10kQ）,QWX-103和NCP18XH103F03RB等，都能與CN3718配合使用。前而所列負溫度系數(shù)的熱敏電阻的型號僅供參考，用戶可以根據(jù)具體需要

13、選擇合適的型號。如果在上限溫度點和卜限溫度點處負溫度系數(shù)熱敏電阻值比3.5kQ和32kQ稍微人一點，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FEI向卜移動：反Z,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管腳到地乙間接一個10KQ的電阻即可。狀態(tài)指示CN3718有兩個漏極開路狀態(tài)指示輸出端：融管腳和陌葩管腳。在涓流，恒流和維持允電狀態(tài)，CHRG管腳被內(nèi)部晶體管卜拉到低電平，在其它狀態(tài)融管腳為高阻態(tài)。在充電結(jié)束狀態(tài)，帀匝管腳被內(nèi)部晶體管下拉到低電平，在其它狀態(tài)，而匝管腳為高阻態(tài)。當(dāng)電池沒有接到充電器時，CN3718將輸出電

14、容允電到最丿、允電電壓，并停留在維持充電狀態(tài)直到維持充電定時器溢出，才進入充電結(jié)束狀態(tài)。在充電結(jié)束狀態(tài)，由JBAT管腳的工作電流對輸出電容的放電效應(yīng)，BAT管腳的電壓將慢慢卜降到再充電閾值，CN3718再次進入充電狀態(tài)，并停留在維持允電狀態(tài)直到維持充電定時器溢出，周而復(fù)始。因為一般維持定時時間比較長,所以在電池沒有連接到充電器時，CHRG管腳在人部分時間輸出低電T（DONE管腳輸出高電平）；在很短的時間內(nèi)議管腳輸出高電T（done管腳輸出低電平）。如果用LED做狀態(tài)指示時，主要表現(xiàn)為議管腳的LED亮，而匝管腳的LED滅。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

15、端II対應(yīng)的允電器狀態(tài)。這里假設(shè)紅色LED連接到融管腳，綠色LED連接到帀匝管腳，其連接方式如圖1所示。CHRG管腳DONE管腳狀態(tài)描述低電平（紅色LED亮）高阻態(tài)（綠色LED滅）涓流，恒流和維持充電狀態(tài)；或電池沒有連接高阻態(tài)（紅色LED滅）低電平（綠色LED亮）充電結(jié)束狀態(tài)高阻態(tài)（紅色LED滅）高阻態(tài)（綠色LED滅）三種可能情況VCC管腳電壓低J：低壓鎖存電壓，或者VCC管腳電壓低j：BAT管腳電壓，或者電池溫度異常表1狀態(tài)指示說明片外功率管驅(qū)動CN3718的DRV管腳用J：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人的瞬態(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

16、負載情況卜上升時間和卜降時間典型值為40i】S。一般來講，一個導(dǎo)通電阻為50亳歐的MOS場效應(yīng)晶體管的等效電容大約為2nF。CN3718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（最人值）。比如，假設(shè)VCC的電壓為20口那么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CN3718配合使用，從而提高了充電器的工作效率?；芈费a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，需要卜面的回路補償元件：從COM1管腳到地之間接一個470pF的電容（圖1中的電容C3）從COM2到地Z間串聯(lián)連接一個120Q的電阻和一個22011F的瓷片電

17、容（圖1中的R4和C4）從COM3到地之間連接一個lOOnF的瓷片電容（圖1中的電容C2）圖1中的電容C7的取值人致按照右式估算：C7=8X（R6/R7）（pF）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。在最壞情況卜，輸入電容的額定RMS紋波電流需要達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嶙態(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)晶體管導(dǎo)通期間，輸入電壓對電感允電，電感電流增

18、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人，隨著輸入電壓的增人而增人。較人的電感紋波電流會導(dǎo)致較人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：匸需Wat號）其中:f是開關(guān)頻率，300KHZL是電感值BAT電池電壓ycc是輸入電壓在選取電感值時，可將電感紋波電流限制在Il=0.4XIch,Ich是充電電流。請留意最人電感紋波電流Il出現(xiàn)在輸入電壓最人值和電感最小值的情況Fo所以充電電流較低時，應(yīng)該選用較人的電感值。關(guān)于電感值的選擇，請參考表2：充電電流輸入電壓電感值1A20丫4

19、0uHV20Y30uH2A20V30uH20V20uH20V15uH20VlOuH20V8uH表2電感值的選擇MOSFET的選擇CN3718的應(yīng)用電路需耍使用一個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5.8乂典型值)，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Blss要人最高輸入電壓。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Crss，輸入電壓和最大充電電流。MOS場效應(yīng)晶體管的最人功耗可以

20、用卜式來近似：Pd=vccXRds(on)XICH2X(1+0.005dT)其中:Pd是MOS場效應(yīng)晶體管的功耗VBAT是電池的最高電壓CC是最小輸入電壓Rds(on)是P溝道場效應(yīng)晶體管在室溫(25。條件卜的導(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(25C)的溫度差除了前而公式所描述的導(dǎo)通損耗I2Rds(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J：20V時，導(dǎo)通損耗人開關(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：在輸入電壓人J：20V時，開關(guān)損耗人J：導(dǎo)通損耗，應(yīng)該優(yōu)先考慮反向傳導(dǎo)電容Crss

21、比較小的MOS場效應(yīng)晶體管。一般Crss的值在MOS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Crss=Qgdds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允電電流大；二極管的耐壓要人于最高輸入電壓的要求。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遠超過所需要的值，由于這樣的二極管

22、具有較高的結(jié)電容，將增加充電器的開關(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：CN3718TEMP注：Ml為N溝道場效應(yīng)管圖4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，Ml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，Ml關(guān)斷，TEMP管腳的電壓由NTC電阻值決定，進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電池電壓時，CN3718進入睡眠模式。在睡眠模式電池消耗的電流包括：流入BAT管腳和CSP管腳的電流，大約為10uA(bat=12V)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。為了避免誤操作，可以同電容C1并聯(lián)一個電阻，將二極管D1的漏電流通過電阻放掉，電阻值取決二極管D1的漏電流，一般20KQ左右的電阻可以滿足要求。從電池端經(jīng)過二極管D2流到地(GND)的電流，此電流由二極管D2的漏電流決定設(shè)計PCB的考慮為了保證CN3718能夠正常工作和提高轉(zhuǎn)換效率，在設(shè)計PCB時，需要考慮下面幾點：(1)為了保證盡可能低的電磁輻射，兩個二極管，P溝道MOS場效應(yīng)晶體管，電感和輸入濾波電容的引線要盡量短。輸入