线性锂二次电池充电器芯片介绍

CN3056的充电程式


CN3056采用锂二次电池标准充电模式（预充电模式、恒流充电模式、恒压充电模式），具体充电过程是：若充电电池的电压低于3V，则充电器用小电流预充电模式对电池充电；当电池电压升到3V，充电器按设定的恒流充电模式充电；电池电压较快地上升，当电池电压接近终止充电电压4.2V时，恒流充电模式自动转换成恒压（4.2V）模式充电；此时，电池电压上升甚小，充电电流下降；当充电电流减小到10%恒流充电电流时，终止充电，充电结束。


若充电电池在充电时电压大于3V，则没有预充电模式，直接进入恒流充电模式。


采用小电流预充电是针对放电电池设计的。锂离子电池或锂聚合物电池的额定电压3.6V或3.7V，终止充电电压是4.1V或4.2V（目前大部分电池的终止充电电压是4.2V），终止放电电压2.7V。如果电池低于2.7V还在放电，则称为过放电。若过放电的电池直接用大电流充电，电池会受损害，所以采用小电流预充电。

特点


CN3056组成充电器具有如下的特点：电路简单、外围元器件少、印制板面积小，有可能将充电器做在产品中；成本低；组成单独的充电器体积小、重量轻，便于携带；终止充电电压精度±1%，满足电池的要求；恒流充电的电流可由一外设电阻RISET设定，最大恒流充电电流可达1A；内部有检测充电电池温度的电路，若充电电池温度过低（<0℃）或过高（>45℃）时，充电器有故障信号输出（LED亮），并暂停充电；充电器有充电状态指示，正常充电时LED亮，充电结束时LED灭；充电器内部有检测充电电池的电压及电流的电路，按充电模式自动进行转换，安全可靠；内部有功率管理电路，当芯片的结温超过115℃时，会自动降低充电电流，防止过热，用户可不用担心芯片过热而损坏；内部有输入电源过低检测电路，当电源电压低于4.03V阈值电压时，实现低压锁存，充电器关断，充电被禁止；在充电过程中，若电源掉电或低于低电压阈值电压，充电器进入睡眠模式，电池耗电小于3μA；在充电结束后，若电池电压低于4.1V时，充电器会自动再充电；芯片有使能端（CE），高电平有效，若此端加低电平，则充电器即使上电也不工作；采用小尺寸、散热效果好的10引脚DFN封装（3mm×3mm×0.9mm）；工作温度范围-40～85℃；无铅封装。

引脚排列与功能


CN3056的引脚排列如图1所示，各引脚功能如表1所示。



图1 CN3056引脚排列图



主要参数


CN3056的主要参数：电源输入电压范围为4.35～6V；静态工作电流：CE接VIN时为650μA，CE接GND时为4μA；电源低电压阈值为4.03V；预充电电流为10%恒流电电流；预充电阈值电压3.0V；在恒压充电模式时，充电电流降到10%恒流充电时终止充电；当VIN-VBAT≤40mV时为睡眠模式，而在VIN-VBAT≥90mV时睡眠模式解除，在睡眠模式时IBAT<3μA；使能端（CE）的高电平≥2V，低电平≤0.75V。



图2 CN3056的简单应用电路

典型应用电路


CN3056的典型应用电路如图3所示。C1、C2是输入、输出电容器，LED1是故障指示灯、LED2是充电状态指示灯，RISET是恒流充电设定电阻，R1、R2是电池温度检测有关的电阻，Rt是电池组中的NTC热敏电阻（温度传感器）。在C2中串入0.3Ω组成RC电路可使电路稳定，并可减小上电时的瞬态电流。在LED1、LED2电路中串入的R5、R4是限流电阻。



图3 CN3056的典型应用


在图3的电路中主要要介绍的是RISET的阻值如计算及电池温度检测电路中的R1、R2的计算。


1 RISET阻值的计算


在充电器电路设计中，首先要设定充电率，根据电池的容量及充电率可确定出充电电流ICH。充电率一般在（0.5～1）C范围（C是电池的容量）。例如，电池的容量为1000mAh,若充电率选0.5C，则充电电流ICH=500mA；若充电率选1C，则充电电池ICH=1000mA。


RISET与充电电流ICH的关系为：RISET=1800/ICH


ICH的单位用A，则RISET的单位为Ω。例如，ICH设定为1A,RISET =1.8kΩ。为使充电电流稳定，建议采用1%精度的金属膜电阻。


2 R1、R2的计算


充电时，电池的温度对充电有一定的影响，充电电池的温度要求在0～45℃范围内（最好在15～20℃条件下充电）。在充电过程中有电化学反应，会产生热量使电池温度升高。若充电电流过大，温升过高还会有危险（电池中有保护装置或保护电路），所以在充电器电路中设有温度检测电路，若电池温度超过要求范围，停止充电。


电池组中的NTC热敏电阻一般采用10kΩ（25℃时的阻值）。在低温TL=0℃时，其阻值为RTL；在高温TH=45℃时，其阻值为RTH，查资料可得RTL、RTH值，可按下式计算出R1、R2值。


R1=RTLRTH(k2-k1)/(RTL-RTH)k1k2 （1）


R2=RTLRTH(k2-k1)/RTL(k1-k1k2)- RTH(k2-k1k2) （2）


式中,k1、k2是系数，k1=0.45，k2=0.8。例如，若电池组中采用Betatherm公司型号为10K3A1A的10kΩNTC热敏电阻，从该型号的资料上可查得：在0℃时，RTL=32.65kΩ,在45℃时，RTH=4.36kΩ。代入上述公式可求出R1=4.89kΩ，R2=48.84kΩ。按电阻标准E96系列取标准阻值，R1=4.87kΩ，R2=48.7kΩ。


有一些锂离子电池或锂聚合物单节电池内没有NTC热敏电阻，如果采用充电率小于1C，在20℃±5℃条件下充电，可不用测温，电路可简化，如图4所示。在图4中，TEMP接地，FAULT接地。



图4 不带测温功能的充电电路


在图3、图4中，C1、C2可采用小尺寸多层陶瓷电容。

其他充电器电路


1 采用UBS端口或交流适配器充电的电路


一种采用USB端口或交流适配器作电源的充电器电路如图5所示。如果两种电源都接上，则交流适配器有优先权，它会自动切断USB端口，由交流适配器供电。在USB端口供电时，若加上适配器电源，则电流由适配器经P-MOSFET的栅极G、1kΩ电阻到地，使-VGS≈0.5V（肖特基二极管D1的正向压降），P-MOSFET截止，USB端口停止供电。


这里P-MOSFET的接法是使漏极电流从D流向S的。所以这样接法是防止在适配器供电时，适配器的电压往P-MOSFET内部的二极管流向USB端口。在USB供电时，P-MOSFET导通，充电电流还是经过P-MOSFET供充电器，而不是经P-MOSFET内部二极管供充电器。这是因为VDS(on)×ID≤0.7V二极管的正向压降。


这里要提出注意的是，目前USB端口能输出的最大电流是500mA。所以无论是单独用USB端口供电或用图5电路供电，充电器的充电电流必须小于500mA。



图5 采用USB端口的充电电路


2 充电电流可选择的充电器电路


一种充电电流大小可选择的通用充电器电路如图6所示。只要改变RISET的值就可以改变充电电流ICH，即改变充电率。根据不同的电池容量，按0.5～1C的充电率来选择。例如，用转换开关K（单刀三掷开关）分别使ISET与RISET1、RISET2、RISET3连接，则有三种不同的充电电流。若RISET1=6kΩ、RISET2=3.6kΩ、RISET3=1.8kΩ，则分别可获得ICH=300mA、ICH=500mA、ICH=1000mA的充电电流。


如果要增加充电电流的挡数，增加转换开关的挡数。这种通用充电器可适用几百毫安时的锂二次电池到2000mAh的锂二次电池充电用。



图6 充电电流可选择的充电器电路


应用中注意事项


1 印制板的散热设计


由于充电器芯片是个功率器件，工作时会发热产生较高的温度，需要有足够的印制板敷铜板面积作散热用（敷铜板的面积与充电电流大小及输入电压大小有关）。CN3506的底面散热垫必须与大面各的地线焊接，以保证良好的散热。另外，VIN端4、5引脚及BAT端6、7引脚必须焊接在一起并用较粗的走线（利用走线散热）。在芯片四周合适地方设一些通孔有利于空气流通能提高散热效果（充电器外壳的适当位置开一些散热孔）。


2 元件与芯片的安装位置


RISET尽可能靠近芯片的第2引脚以减小寄生电容；输入电容C1及输出电容C2尽可能靠近VIN及BAT端焊接；若充电电池中有NCT热敏电阻，则电池要尽量远离CN3056芯片，以防止温度高的芯片影响NTC的温度测量，造成错误的故障信号发生。


3 USB端口输出5V/500mA，所以要利用USB端口充电，则ICH一定要小于500mA。


4 交流适配器的输出功率一般5～6W（输出电压5V，输出最大电流1～ 1.2A。为使充电器工作安全、稳定，交流适配器输出应稳压。）



样品申请：hpwang@szqinchuang.com 13728787673


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2012-9-4 17:12 上传

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