《常用集成电路应用与实训》课件-6

6.0充电原理6.1CN3082多种电池充电集成电路

6.2BQ2000可编程多种电池快速充电集成电路6.3TP4057单节锂电充电集成电路2第6章电池充电集成电路6.0充电原理原理简介蓄电池放电后，用直流电按与放电电流相反的方向通过蓄电池，使它恢复工作能力，这个过程称为蓄电池充电。蓄电池充电时，电池正极与电源正极相联，电池负极与电源负极相联，充电电源电压必须高于电池的总电动势。充电方式有恒电流充电和恒电压充电两种。3第6章电池充电集成电路6.0充电原理常规充电制度是依据1940年前国际公认的经验法则设计的。其中最著名的就是“安培小时规则”：充电电流安培数，不应超过蓄电池待充电的安时数。实际上，常规充电的速度被蓄电池在充电过程中的温升和气体的产生所限制。这个现象对蓄电池充电所必须的最短时间具有重要意义。4第6章电池充电集成电路6.0充电原理1、恒流充电法恒流充电法是用调整充电装置输出电压或改变与蓄电池串联电阻的方法，保持充电电流强度不变的充电方法。控制方法简单，但由于电池的可接受电流能力是随着充电过程的进行而逐渐下降的，到充电后期，充电电流多用于电解水，产生气体，使出气过甚，因此，常选用阶段充电法。5第6章电池充电集成电路6.0充电原理2、阶段充电法此方法包括二阶段充电法和三阶段充电法①二阶段法采用恒电流和恒电压相结合的快速充电方法，首先，以恒电流充电至预定的电压值，然后，改为恒电压完成剩余的充电。一般两阶段之间的转换电压就是第二阶段的恒电压。②三阶段充电法在充电开始和结束时采用恒电流充电，中间用恒电压充电。当电流衰减到预定值时，由第二阶段转换到第三阶段。这种方法可以将出气量减到最少，但作为一种快速充电方法使用，受到一定的限制。6第6章电池充电集成电路6.0充电原理3、恒压充电法充电电源的电压在全部充电时间里保持恒定的数值，随着蓄电池端电压的逐渐升高，电流逐渐减少。与恒流充电法相比，其充电过程更接近于最佳充电曲线。用恒定电压快速充电，由于充电初期蓄电池电动势较低，充电电流很大，随着充电的进行，电流将逐渐减少，因此，只需简易控制系统。这种充电方法电解水很少，避免了蓄电池过充。但在充电初期电流过大，对蓄电池寿命造成很大影响，且容易使蓄电池极板弯曲，造成电池报废。鉴于这种缺点，恒压充电很少使用，只有在充电电源电压低而电流大时采用。例如，汽车运行过程中，蓄电池就是以恒压充电法充电的，又叫浮充。7图5.13LM317组成的USB限压恒流镍氢电池充电器

8图5.23LM317组成的USB限压恒流镍氢电池充电器

9第6章电池充电集成电路6.1CN3082多种电池充电集成电路CN3082上海如韵电子有限公司生产的多种电池充电器集成电路，CN3082是可以对单节锂电池、单节磷酸铁锂电池、两节到四节镍氢电池充电等多种电池进行充电芯片,该器件内部集成功率晶体管，可以组装成USB供电的充电器，非常适用于便携式产品。

CN3082的热调制电路可以将芯片温度控制在安全范围内。芯片内部集成精度高达1%的电压比较器,可以精确设置终止电压。芯片内部集成8位AD转换电路，能够根据输入电压源的电流输出能力自动调整充电电流，可最大限度地利用输入电压源的电流输出能力,达到较大的充电效率，非常适合太阳能等电流输出能力有限的电压源供电的电池充电应用场合。10第6章电池充电集成电路6.1CN3082多种电池充电集成电路CN3082充电电流可以通过一个外部电阻来设置。在CN3082结温超过115℃时会自动降低充电电流，不用担心因为过热而损坏芯片或者外部元器件。此外CN3082的功能还有输入电压过低锁存，电池低电压时涓流充电,自动再充电，电池温度监控以及状态指示等常规充电控制功能。CN3082可对锂电池，镍氢电池，磷酸铁锂电池和铅酸电池充电的应用场合。CN3082为严格的单向充电，当输入电压掉电时，如太阳能电池遇到阴天和夜间，CN3082将自动进入低功耗的睡眠模式,此时电池的电流消耗小于3uA。11第6章电池充电集成电路6.1CN3082多种电池充电集成电路6.1.1CN3082充电集成电路的特性主要特点：

1.可以用USB接口或交流适配器对电池进行充电

2.片内集成功率晶体管

3.充电终止电压精度1%4.内部集成有8位AD变换电路，根据输入电压源的电流输出能力自动调整充电电流

5.可利用太阳能电池等输出电流能力有限的电压源为电池充电

6.在电池电压较低时采用小电流预充电模式以保护电池

7.用户可设置的持续充电电流可达600mA8.采用恒流/恒温模式充电

9.电源掉电时自动进入低功耗的睡眠模式

10.状态指示输出可驱动LED指示和输入单片机

11.自动再充电功能

12.电池温度监测功能

13.封装形式背面裸焊盘散热的SOP812第6章电池充电集成电路6.1CN3082多种电池充电集成电路表6.2CN3082主要电气(略)维持电流设置

充电电流设置

充电电压检测

充电电流输出

温度检测

充电指示

电源地

电源+极

13图6.2CN3082的引脚配置（顶视）底部有金属散热大焊盘14第6章电池充电集成电路6.1CN3082多种电池充电集成电路表6.1CN3082极限参数参数名典型单位引脚电压－0.3Vto6.5VV最高结温150℃BAT管脚短路持续时间连续

工作温度－40to85℃存储温度－65to150焊接温度（10秒）260℃15表6.3CN3082终止充电电压VBAT设置参考R3R4VBAT电池种类7.18K10K4.2V单节锂电池4.7K10K3.6V单节铁锂电池1.8K10K2.88V两节镍氢电池当FB管脚电压小于1.54V时，CN3082预充电电流为恒流充电的20%）当FB管脚电压在1.54V和2.445V之间时，CN3082处于恒流充电状态；当FB管脚电压上升到2.445V时终止充电16图6.3CN3082的典型应用

171.元件选择RIMIN和RISET都选择10K，这样设置的恒流充电电流为195mA，维持充电电流为0mA，R3选择4.7K,R4选择10K,这样设置的充电终止电压为3.6V。电容选择普通电解电容。2.制作要点充电电流设置电阻RISET要尽可能靠近ISET引脚，在布线上要使第2管脚ISET的寄生电容尽量小，以得到精确的恒流充电电流。VIN引脚的旁路电容10uF，BAT引脚的电阻分压网络要尽可能靠近CN3082，连接FB引脚的导线要尽量短。在充电时，电流达195mA，CN3082的温度可能比较高，通过PCB散热是比较好的办法，对输出最大充电电流很关键。所以每个管脚（尤其是GND管脚）的铜层的面积应尽可能大，可以多放些通孔来提高散热能力，布局时也要给以充分考虑。CN3082背面裸露焊盘，可以焊接到PCB的大面积地端铜线上，以达到最大的散热性能。如散热不良，芯片的温度超过115°C，将引发CN3082的温度保护电路，自动减小充电电流。

第6章电池充电集成电路6.1CN3082多种电池充电集成电路18

BQ2000是美国TI公司生产的可编程多种电池快速充电管理集成电路（1998年Unitrode公司收购了电源管理方面比较有名Benchmarq,不久，Unitrode又被美国TI公司收购），采用双列8脚封装。BQ2000将充电控制所需的各单元电路集成在一片IC内,芯片内包含的运算器可使整个电路控制更精确,操作更安全,功能更完善。BQ2000芯片可对镉镍、镍氢、锂离子电池进行单独或者组合可编程快充电。它具有检测电池类型并进行相应的优化充电和中止充电的操作。可避免欠充，过充对电池的损坏，从而实现安全可靠的快速充电控制。采用BQ2000的高频开关充电电路，有很高的效率，具有保护功能全，使用安全可靠的特点。6.2BQ2000可编程多种电池快速充电集成电路19根据不同的电池类型，BQ2000根据以下规则结束充电。1．峰值电压检测（对镉镍，镍氢电池）2．最小充电电流检测（对锂离子电池）3．最高温度检测（对所有电池）4．最大充电时间检测（对所有电池）出于安全考虑，当电池充电压、温度到达用户定义值时（即可编程），BQ2000可自动中止充电。如果电池电压低于电池电压下限值，BQ2000采用涓流充电方式对电池充电，以便过放电的电池恢复正常。对镍氢电池，BQ2000提供优化的上限电压充电中止功能来使电池充电充足。6.2BQ2000可编程多种电池快速充电集成电路206.2.1BQ2000充电集成电路的特性主要特点：1．可用于镉镍、镍氢或锂电池的快速充电管理。2．由于采用高频开关电路结构，所以效率很高。3．可实现对电池的充电短路、损坏或过热等的预检测。4．通过峰值电压，最小充电电流（锂离子电池），最高温度和最长充电时间检测实现中止快充电。5．对镍氢电池采用充足后可选择中止充电模式。6．对因深度放电而损坏的电池可采用可编程涓流充电模式来激活，也可以用于电池充电后的维护。7．具有检测是否电池放入或者离开充电器的功能。8．具备低功耗的休眠工作模式。6.2BQ2000可编程多种电池快速充电集成电路21图6.4BQ2000的原理框图6.2BQ2000可编程多种电池快速充电集成电路226.2BQ2000可编程多种电池快速充电集成电路图6.5BQ2000的引脚配置图（顶视）

23表6.4BQ2000的引脚功能编号名称功能描述1SNS电流检测输入，通过外部电阻检测电池的充电电流。2VSS芯片地3/LED充电状态指示，开漏输出（通/断/闪烁显示充电状态）。4BAT电池电压输入，通过外部电阻分压电路来检测电池电压。5TS电池温度检测输入，通过外部电阻分压和电池上的负温度系数的热敏电阻来设定温度的上、下限值。6RC充电定时编程输入。用以编程最大充电时间，保持时间、充电脉冲占空比，开启/关闭top-off功能（仅对镉镍/镍氢电池）。7VCC芯片电源（4-6V，静态电流0.5mA典型值）8MOD调制控制输出，为推挽输出，用以控制电池充电电流。该端子为高电位时对电池充电，低电位时中止充电功能。6.2BQ2000可编程多种电池快速充电集成电路24图6.6BQ2000的典型应用电路一6.2BQ2000可编程多种电池快速充电集成电路1.对锂电池，CHEMISTRY端悬空，对镍氢或镍镉电池CHEMISTRY端连到BAT-2.DC输入：9-16V3.可接单节锂电池或者三节镍氢/镍镉电池充电，充电电流：1A4.如果追求更大的功率或者效率，可以将Q1更换成为P沟道MOS管25图6.7BQ2000接MOS功率管的电路BQ2000能自动判别电池种类，而且针对不同类型电池有着严格的充电算法和终止控制。具体可以参考TI公司的规范书。6.2BQ2000可编程多种电池快速充电集成电路26TP4057是南京拓微集成电路有限公司生产的500mA线性单节锂离子电池充电器集成电路，带电池正负极反接保护，非常适合万能充电，采用恒定电流/恒定电压的线性控制方式。TP4057采用小巧的SOT23封装，较少的外部元件数使得其使用相当简单。TP4057可以适合USB和交流适配器等电源工作。

TP4057内部集成了PMOSFET，有防倒充电路，不需要外部检测电阻和外部隔离二极管。热反馈电路可对充电电流进行自动调节，当温度过高时，通过限制充电电流来自动调节芯片。充满电压固定于4.2V，充电电流可通过外部电阻进行设置。当电池达到4.2V之后，若充电电流降至设定值1/10，TP4057将自动终止充电。当输入电压被去掉时，TP4057自动进入一个低电流状态，电池漏电流在2uA以下，很好的防止了电池对充电器反放电。TP4057还有充电电流监控、欠压闭锁、自动再充电和两个可用于指示充电结束和输入电压接入的状态引脚。第6章电池充电集成电路6.3TP4057单节锂电充电集成电路276.3.1TP4057充电集成电路的特性主要特点：1.锂离子电池正负极反接保护；2.最高可达500mA的可编程充电电流；3.无需MOSFET、检测电阻或隔离二极管；4.适用于单节锂离子电池；5.恒定电流/恒定电压充电方式，安全实现充电速率最大化的热调节功能；6.可直接使用USB端口；7.4.2V预设充电电压（精度达到±1%）；第6章电池充电集成电路6.3TP4057单节锂电充电集成电路286.3.1TP4057充电集成电路的特性主要特点：8.最高输入可达9V；9.自动再充电；10.开漏的两个输出引脚用于指示充电状态；11.充电电流降低到1/10时充电终止；12.待机模式下的供电电流为40uA；13.2.9V涓流充电器件版本；14.软启动限制了浪涌电流；15.采用小巧的6引脚SOT-23封装。

第6章电池充电集成电路6.3TP4057单节锂电充电集成电路29第6章电池充电集成电路6.3TP4057单节锂电充电集成电路表6.5TP4057极限参数表6.6TP4057主要电气参数Ta=25℃电源+充电状态指示端电源GND充电电流输出充电完成指示端充电电流设定端30图6.9TP4057的引脚配置（顶视）31第6章电池充电集成电路6.3TP4057单节锂电充电集成电路图6.10接耗散电阻应用图6.11输入反向极性保护应用32第6章电池充电集成电路6.3TP4057单节锂电充电集成电路图6.10为接耗散电阻的单节锂电池充电器，无电池状态为绿灯亮红灯闪，充电时红灯亮绿灯灭，充满后红灯灭绿灯亮。接耗散电阻可以使得TP4057上的功耗降低，因为TP4057有限温电流调节功能，所以能得到更大的输出充电电流。33第6章电池充电集成电路6.3TP4057单节锂电充电集成电路输入电源端如何防止极性反向？34第6章电池充电集成电路6.3TP4057单节锂电充电集成电路图6.12无电池不闪灯应用图6.13无电池双灯全灭应用

图6.12在BAT