摘要：新型高性能充電組合電路(充電器)是由DS2770、DS2720等芯片組合成設(shè)計(jì)而成,本文解析該設(shè)計(jì)辦法的功能和特點(diǎn).關(guān)鍵詞：充電控制與保護(hù)電量計(jì)量1-Wire接口Li+鋰離子電池包
前言
Li+鋰離子電池因具有體積小、重量輕與能量密度高等優(yōu)點(diǎn)，所以在GSM/CDMA和數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)及pDA等高端便攜式產(chǎn)品中被廣泛使用.它們都要在內(nèi)建立一個(gè)高性能的鋰離子電池充電器,以保證Li+電池在使用中戒備過(guò)充電、過(guò)放電等損害現(xiàn)象的發(fā)生，從而,隨之帶來(lái)的是要求鋰離子電池充電器具有嚴(yán)格與完善的保護(hù)電路,才能真正實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)安全保護(hù)特性。
為此,使用新型的DS2770和DS2720芯片可以設(shè)計(jì)一個(gè)具有充電控制、電源控制、電量計(jì)數(shù)、電池保護(hù)、計(jì)時(shí)和對(duì)電池包能識(shí)別等功能的高性能鋰離子電池充電器組合辦法.見(jiàn)圖1所示.從而用它可替代目前市場(chǎng)上的現(xiàn)有的鋰離子電池保護(hù)／充電控制電路---充電器。下面就該高性能鋰離子電池充電器組合設(shè)計(jì)的功能與特點(diǎn)作一說(shuō)明.
1充電組合電路---充電器的組成
1.1見(jiàn)圖1所示.整個(gè)組合電路分別有DS2770是充電控制器／電量計(jì)、DS2720電池保護(hù)器、DS2415實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)三個(gè)芯片組成.它們均公用一個(gè)地(Vss或Gnd)、電源(Vdd)和通信線(xiàn)(DQ或DATA)。而所有的電容(從C1到C10)和電阻(從R1到R12)的用途是對(duì)干擾信號(hào)濾波及對(duì)ESD的保護(hù).圖1新型高性能鋰離子電池充電器設(shè)計(jì)辦法圖該充電器的負(fù)載(即主設(shè)備)是通過(guò)pACK+和pACK-引腳獲得電源，而充電器與主系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的l-Wire接口(標(biāo)為DATA)進(jìn)行.DS2720芯片的的pS引腳和主系統(tǒng)的開(kāi)／關(guān)控制相連接,且作充電器的使能輸入(低電平有效).圖1中引腳Charge·source可連接到充電電源,而充電電流能按照電池額定的充電條件加以限制,其充電電壓最高至15V.
整個(gè)充電器在工作模式下消耗不足100μA的典型電流，而處于靜止?fàn)顟B(tài)(即鋰離子電池不處于充電狀)時(shí)典型消耗電流不到20μA。
1.2對(duì)DS2770芯片功能與特點(diǎn)作一解析
DS277是一款集成了電池電量計(jì)量和鋰離子或鎳基電池充電控制器的新型芯片,其框圖見(jiàn)圖2所示。它還蘊(yùn)含一個(gè)可選擇的25mΩ測(cè)試電組，用來(lái)實(shí)現(xiàn)充電電流測(cè)量。內(nèi)置的測(cè)量電路能測(cè)試電壓和溫度值，作為充電終止的判據(jù)和安全充電環(huán)境的判據(jù)。所有測(cè)量結(jié)果保存在16字節(jié)的SRAM存儲(chǔ)器中，它的40字節(jié)的EEpROM留給用戶(hù)使用。與主系統(tǒng)所有信息交換都通過(guò)它的標(biāo)準(zhǔn)的l-Wire通信接口實(shí)現(xiàn)。該芯片為低功耗,工作狀態(tài)耗電僅為80μA，靜態(tài)消耗電流為0.5μA,其引腳功能說(shuō)明:
UV:當(dāng)電池電壓測(cè)試為低值時(shí)的輸出端，其低電平有效.
CC:充電控制輸出,其低電平有效.
Vch:充電電壓輸入.
SnS:電流撿測(cè)電阻連接端.
Vdd與Vss:芯片電源端
Vss:地端
DATA:數(shù)據(jù)輸入/輸出端
LS1與LS2:電流測(cè)試輸入端.
Vin:電池電壓測(cè)試輸入
2有關(guān)充電組合電路的保護(hù)特性
見(jiàn)圖1中部.使用外接的二只N溝道MOSFET保護(hù)管(IRF840)Vp3與Vp4和DS2720芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)單體Li+或鋰聚合物電池安全保護(hù).即可以達(dá)到保護(hù)電池免受過(guò)量充電、過(guò)量消耗、過(guò)高放電電流以及過(guò)高溫度損害等安全特性。DS2720具有細(xì)小電流充電功能，可恢復(fù)已深度放電的電池。用主系統(tǒng)軟件還能夠通過(guò)DS2720與DS2770芯片的DQ引腳測(cè)試到電池出現(xiàn)故障的原由并由主系統(tǒng)向用戶(hù)匯報(bào)。
要指出的是MOSFET管被接在了充電組合電路的高端，位于充電電源和Li+電池正端之間，見(jiàn)圖1所示.為確保其數(shù)據(jù)在發(fā)生保護(hù)性故障或當(dāng)充電組合電路處于休眠模式時(shí)不丟失，最好由Li+或鋰聚合物電池筆直給DS2770和DS2415供電。否則的話(huà)，當(dāng)MOSFET被關(guān)掉時(shí)數(shù)據(jù)將丟失。該DS2720芯片為低功耗,工作狀態(tài)耗電僅為12.5μA，靜態(tài)消耗電流為1.5μA.
其DS2720其引腳功能:
pLS電池包的正端輸入
pS:系統(tǒng)(功率)開(kāi)關(guān)撿測(cè)輸入，低電平有效。
DQ:數(shù)據(jù)輸入/輸出.
Cp:電量?jī)?chǔ)存容量.
CC:充電控制輸入
DC:放電控制輸出.
3有關(guān)充電與控制
DS2770的功能之一是利用簡(jiǎn)單的限流型電源給電池充電,.通過(guò)控制外部pNp晶體管(Vp1(FMMT718型)和Vp2(4403型)，DS2770能以恒定電流給Li+或鋰聚合物基的電池包進(jìn)行充電，直到電壓上升到廠沒(méi)定的4．1V或4．2V限值。然后，它以脈沖充電方式注滿(mǎn)電池。
DS2770還供應(yīng)了一·個(gè)輔助的充電終止控制，即當(dāng)電池溫度超過(guò)+50℃或超過(guò)用戶(hù)設(shè)定的最大充電時(shí)間均能終止充電。要啟動(dòng)充電，只需接·個(gè)限流型電源(最高15V)到chargesource端即可。4有關(guān)充電電量計(jì)數(shù)
DS2770也可用作一個(gè)高精度電量計(jì)。電流測(cè)量通過(guò)一個(gè)內(nèi)部的25mΩ測(cè)試電阻實(shí)現(xiàn)(見(jiàn)圖2所示)，其最低辨別率為62.5μA，動(dòng)態(tài)范圍高達(dá)±2A的均勻電流。
在GSM／CDMA使用中，DS2770可十分容易地跟蹤放電電流，它內(nèi)部的自動(dòng)補(bǔ)償功能可在芯片整個(gè)工作范圍之內(nèi)保持測(cè)量的精確度,并能對(duì)所累加的電流、電壓和溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，再加上保存于DS2770內(nèi)EEpROM的電池特性數(shù)據(jù)，使得主系統(tǒng)解決器能夠精確計(jì)算出電量，同時(shí)僅消耗很少的系統(tǒng)資源。而且由于DS2770筆直由電池驅(qū)動(dòng)，電量計(jì)數(shù)信息在電池包被拿開(kāi)或由于保護(hù)性故障電源失效時(shí)不會(huì)被丟失。
5實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC
DS2415為主系統(tǒng)供應(yīng)了一個(gè)精度達(dá)2分鐘/月的RTC。它要一個(gè)32.768kHz／6pF的外部晶體連接到DS2415的Xl和X2引腳。由于DS2415筆直由電池供電，這是種結(jié)構(gòu)是其它充電器電路所沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)。而將DS2415時(shí)鐘置于MOSFET管的內(nèi)側(cè)，可以為主系統(tǒng)供應(yīng)一個(gè)高精度保障的時(shí)鐘，甚至當(dāng)主系統(tǒng)電源失去時(shí)也可以保持正確的時(shí)間信息，免去了在主系統(tǒng)中新增超級(jí)電容或紐扣電池作為備用電源的麻煩。
DS2415引腳功能:
Vbat充電電壓輸入腳2.5v.-5.5v.
其它類(lèi)似上述也標(biāo)明.
6電池包信息的保存
DS2770含有40字節(jié)的EEpROM留給用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)，而DS2720又額外新增了8個(gè)字節(jié)。電池包制造商可以利用這些空間保存相關(guān)的電池包信息，例如電池化學(xué)類(lèi)型，組裝日期，用于電量計(jì)數(shù)的電池特有信息等,一旦寫(xiě)入EEpROM將永久鎖定，甚至于當(dāng)主系統(tǒng)電源丟失和ESD事件發(fā)生時(shí)仍能保證數(shù)據(jù)的完整性.此外，每個(gè)芯片具有一個(gè)唯一·的64位序列碼，以便于讓主系統(tǒng)或充電器識(shí)別。
結(jié)束語(yǔ)
按此辦法執(zhí)行的高性能鋰離子電池充電組合路--充電器其特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、成本低廉、性能優(yōu)異、安全可靠等。應(yīng)當(dāng)說(shuō)具有較高的性能價(jià)格比。