基于μP控制的Si9731型电池充电器的原理应用
时间:07-24
来源:互联网
点击:
Si9731的主要特点
Si9731型电池充电器是一种单片IC,可在系统处理器控制下对3节NiCd/NiMH电池或1节锂离子电池进行脉冲充电。该IC内部的低导通电阻(RSD(CON))的MOSFET可在系统处理器施加的脉冲信号下,通过变化的占空比实现导通和关断,因而在大电流脉冲充电时具有非常小的热耗散。Si9731同时还提供涓流充电模式,可在电池被充到足够高的电压时唤醒处理器以进行充电处理和控制。 Si9731内含精密电压参考和误差放大器,因此,也能为锂离子电池提供恒压(CV)充电。
Si9731的主要特点如下:
可对单节锂离子电池或1-3节NiCd/NiMH电池进行脉冲充电;
集成有MOSFET,可在截止模式实现双向反向电流阻塞(blocking);
具有PWM控制快速充电模式和低电流涓流充电模式;
通过引脚可选4.1V或4.2V的锂离子电池充电终止限制;
具有过热、过压和外部关断模式,在关断状态,电池与外部电源完全隔离;
充电器的输入、输出ESD保护可4kV;
采用16引脚TSSOP封装,工作温度范围为-4 0℃"85℃;
Si9731的主要应用领域是蜂窝电话电池充电器和个人数字助理(PDA)中的电源充电等。
2 内部结构和引脚功能
Si9731的引脚排列如图1所示,图2为其内部结构框图及部分外部元件连接方式。其引脚功能如表1所列。
表1 Si9731引脚功能
3 Si9731的充电过程
3.1 涓流充电
充电通路可由Si9731内部的Q1和Q2N沟道MOSFET组成。当电池电压太低、主处理器不能驱动Si9731的7脚和5脚时,Q1截止,以防止快速充电。此时,由于Q2导通,电路可以获得从外部电源VCHARGRE(3脚)到电池的涓流充电通路。涓流充电电流主要由外部电流限制电阻器Rext设定.
公式如下:
ITRICKLE≈(VCHARGER-VBAT+)/Rext
当电池电压充至3.4V的最低电池工作电压时,内部锁存器被触发,15脚的输出将唤醒处理器并使5脚为高电平,其后电路将终止涓流充电并进入快速充电阶段。
3.2 快速充电
用微处理器通过Si9731脚7的控制输入来对电池进行脉冲充电,并通过低导通电阻的Q1(MOSFET)来完成快速充电。处理器通过系统A/D转换器来监视电池电压,并通过改变脉冲充电占空比来维护快速充电。由于脉冲充电具有较短的导通时间和较长的截止时间,因而可承受足够大的充电电流。
当对NiCd或NiMH电池充电时,处理器通过感测VBAT+输出上的△V或dc/dt,或通过监视电池温度变化(△T)来结束快速充电模式。
锂离子电池的充电终止电压为4.1V或4.2V,当4.1V_TAP脚悬空时,可选择4.2V的充电终止电压。而将4.1V_TAP与VBAT+脚连接在一起时,VBAT+的终止电压是4.1V。当电池电压达到4.1V或4.2V的充电终止电压时,Si9731的CVMODE脚保持高电平,充电器进行恒压充电模式。在该充电模式下,电路认可的充电(OTC)信号输出为高电平,与反馈电阻器(RFB1、RFB2和RFB3)串联的Q5导通(接地),为内部误差放大器(E/A)提供反馈电压,并与同相输入端上1.3V的参考电压相比较。E/A产生的输出驱动Q1,使VBAT+保持在充电压上。
3.3 认充电OTC(OK th charge)信号与控制逻辑
Si9731含有使涓流充电模式和快速充电模式工作的默认充电(OTC)信号。为了能对电池充电,OTC信号必须保持在逻辑高电平上。为此,应当满足以下:
(1)电池电压低于5V;
(2)充电器输入电压VCHARGER高于2.6V但低于12.8V;
(3)当Si9731 7脚(MAINCHARGEEN)为低电平时,电压VCHARGER>VBAT+40mV。如果7脚为高电平,则VCHARGER>VBAT-40mV;
(4)ON/OFF脚为逻辑高电平。
利用一个加法器可驱动充电回路晶体管Q1,其驱动信号是一个数字信号与误差放大顺输出信号的组合,它们之间的关系如表2所列。
表2 Q1驱动信号之间关系
Q1驱动数字信号 误差放大器输出 Q1驱动电平
L L L(完全截止)
L 居间 居间(线性模式)
H L H(完全导通)
H H ×
3.
Si9731型电池充电器是一种单片IC,可在系统处理器控制下对3节NiCd/NiMH电池或1节锂离子电池进行脉冲充电。该IC内部的低导通电阻(RSD(CON))的MOSFET可在系统处理器施加的脉冲信号下,通过变化的占空比实现导通和关断,因而在大电流脉冲充电时具有非常小的热耗散。Si9731同时还提供涓流充电模式,可在电池被充到足够高的电压时唤醒处理器以进行充电处理和控制。 Si9731内含精密电压参考和误差放大器,因此,也能为锂离子电池提供恒压(CV)充电。
Si9731的主要特点如下:
可对单节锂离子电池或1-3节NiCd/NiMH电池进行脉冲充电;
集成有MOSFET,可在截止模式实现双向反向电流阻塞(blocking);
具有PWM控制快速充电模式和低电流涓流充电模式;
通过引脚可选4.1V或4.2V的锂离子电池充电终止限制;
具有过热、过压和外部关断模式,在关断状态,电池与外部电源完全隔离;
充电器的输入、输出ESD保护可4kV;
采用16引脚TSSOP封装,工作温度范围为-4 0℃"85℃;
Si9731的主要应用领域是蜂窝电话电池充电器和个人数字助理(PDA)中的电源充电等。
2 内部结构和引脚功能
Si9731的引脚排列如图1所示,图2为其内部结构框图及部分外部元件连接方式。其引脚功能如表1所列。
表1 Si9731引脚功能
3 Si9731的充电过程
3.1 涓流充电
充电通路可由Si9731内部的Q1和Q2N沟道MOSFET组成。当电池电压太低、主处理器不能驱动Si9731的7脚和5脚时,Q1截止,以防止快速充电。此时,由于Q2导通,电路可以获得从外部电源VCHARGRE(3脚)到电池的涓流充电通路。涓流充电电流主要由外部电流限制电阻器Rext设定.
公式如下:
ITRICKLE≈(VCHARGER-VBAT+)/Rext
当电池电压充至3.4V的最低电池工作电压时,内部锁存器被触发,15脚的输出将唤醒处理器并使5脚为高电平,其后电路将终止涓流充电并进入快速充电阶段。
3.2 快速充电
用微处理器通过Si9731脚7的控制输入来对电池进行脉冲充电,并通过低导通电阻的Q1(MOSFET)来完成快速充电。处理器通过系统A/D转换器来监视电池电压,并通过改变脉冲充电占空比来维护快速充电。由于脉冲充电具有较短的导通时间和较长的截止时间,因而可承受足够大的充电电流。
当对NiCd或NiMH电池充电时,处理器通过感测VBAT+输出上的△V或dc/dt,或通过监视电池温度变化(△T)来结束快速充电模式。
锂离子电池的充电终止电压为4.1V或4.2V,当4.1V_TAP脚悬空时,可选择4.2V的充电终止电压。而将4.1V_TAP与VBAT+脚连接在一起时,VBAT+的终止电压是4.1V。当电池电压达到4.1V或4.2V的充电终止电压时,Si9731的CVMODE脚保持高电平,充电器进行恒压充电模式。在该充电模式下,电路认可的充电(OTC)信号输出为高电平,与反馈电阻器(RFB1、RFB2和RFB3)串联的Q5导通(接地),为内部误差放大器(E/A)提供反馈电压,并与同相输入端上1.3V的参考电压相比较。E/A产生的输出驱动Q1,使VBAT+保持在充电压上。
3.3 认充电OTC(OK th charge)信号与控制逻辑
Si9731含有使涓流充电模式和快速充电模式工作的默认充电(OTC)信号。为了能对电池充电,OTC信号必须保持在逻辑高电平上。为此,应当满足以下:
(1)电池电压低于5V;
(2)充电器输入电压VCHARGER高于2.6V但低于12.8V;
(3)当Si9731 7脚(MAINCHARGEEN)为低电平时,电压VCHARGER>VBAT+40mV。如果7脚为高电平,则VCHARGER>VBAT-40mV;
(4)ON/OFF脚为逻辑高电平。
利用一个加法器可驱动充电回路晶体管Q1,其驱动信号是一个数字信号与误差放大顺输出信号的组合,它们之间的关系如表2所列。
表2 Q1驱动信号之间关系
Q1驱动数字信号 误差放大器输出 Q1驱动电平
L L L(完全截止)
L 居间 居间(线性模式)
H L H(完全导通)
H H ×
3.
电阻 MOSFET 电流 电压 放大器 PWM 电路 相关文章:
- 电源设计小贴士 1:为您的电源选择正确的工作频率(12-25)
- 用于电压或电流调节的新调节器架构(07-19)
- 超低静态电流电源管理IC延长便携应用工作时间(04-14)
- 电源设计小贴士 2:驾驭噪声电源(01-01)
- 负载点降压稳压器及其稳定性检查方法(07-19)
- 电源设计小贴士 3:阻尼输入滤波器(第一部分)(01-16)