TI的锂离子电池充电保护集成电路UCC3957

一、锂离子电池特点

锂离子电池与其他电池相比，主要有以下优点。

1．电压高
所标志的开路电压通常为3.6V，而镍氢和镍镉电池的开路电压为1.2V。

2．容量大
能量高、储存能量密度大，是锂电池的核心价值所在，以同样输出功率而言，锂离子电池的重量不但比镍氢电池轻一半，体积也小20%。

3．放电率
锂离子电池的充电速度较快，仅需要1~2小时（h）的时间就可充电，达到最佳状态；同时，锂离子电池的漏电量极少，即使随意放置1~2周后再拿出来用时，一样能发挥电力、照常工作；锂离子电池的自放电率低8%/月，远低于镍镉电池的30%和镍氢电池的40%。

4．锂离子电池没有记忆效应，所以锂离子电池可以在未完全放电的条件下充电而不会降低其容量。但是如果锂离子电池已充足电还要继续充电（过充电），则会损坏电池,锂离
子电池是目前应用非常广泛的可充电电池。

二、锂离子电池的充电特性

锂离子电池在充电过程中，电池的电压和充电电流都会随充电时间而发生变化，其变化规律如图1所示。

图1 锂离子电池的充电特性曲线

锂离子电池充电需要控制它的充电电压，限制充电电流和精确检测电池电压。锂离子电池的充电特性与镉镍、镍氢的充电特性完全不同。锂离子电池可以在它的放电周期内任一点充电，并且可以非常有效的保持它的电荷，保持时间比镍氢电池长两倍以上，重量轻，其重量只有同容量镉镍电池的1/2，比质量密度是镉镍电池的4倍。锂离子电池开始充电时，电压缓慢上升，充电电流逐渐减小，当电池电压达到4.2V左右时，电池电压基本不变，充电电流继续下降，判断锂离子电池充电是否结束的方法是利用检测它的充电电流，当它的充电电流下降至某一定值时结束充电。例如锂离子电池的充电电流降到40mA（典型值为起始充电电流的5%左右）时结束充电，也可以在检测到锂离子电池达到4.2V时启动定时器，在一定的时延后结束充电。这时充电电路应有一个精度较高的电池电压检测电路，以防止锂离子电池过充电。需要指出的是；锂离子电池不需要涓流充电。

三、UCC3957的主要特点

UCC3957是采用BiCMOS工艺的3/4节锂离子电池组充电器保护用控制集成电路。它与外部的P沟道MOSFET晶体管一起对电池组充电实现两级过电流保护，如果达到第一级过电流阀值电位时，保护电路以按用户设定的保护时间，将外接电容放电，如果第一级保护时间到，电池过充、放电故障仍未排除，外接保护定时电容放电MOSFET以17倍于第一级保护时间关断，实施第二级保护，这对容性负载是很有用的。UCC3957在休眠工作模式下的耗电仅为3.5μA，典型工作电流为30μA，直流工作电压范围为6.5∽20V，充电过电流保护延时时间可通过调节外接元件参数的办法实现。使用外部P沟道MOSFET晶体管的优点是，可以保护任一节电池过放电和过充电，并保护电池组及UCC3957集成电路本身。

3.1 UCC3957的工作原理框图与引脚功能

UCC3957的工作原理框图如图2所示。

图2 UCC3957的工作原理框图

由图2可见，利用UCC3957内部的工作状态选择器可以选择UCC3957的工作状态，当工作于持续工作状态时可以保护每一节锂离子电池，使其免于过充电和过放电。而过电流控制器则用于保护电池组不致产生过大的放电电流，而损坏电池组。

为配合不同厂家生产的锂电池，UCC3957系列集成电路有表1所示的4种不同的过电压保护门限值。

UCC3957的引脚图如图3所示。

图3 UCC3957的引脚图

UCC3957的各引脚功能如下：

引脚1VDD：该引脚为UCC3957的电源供电输入引脚，输入电压范围为6.5~20V，与电池组的高电位端连接。
引脚2CLCNT：该引脚为设定UCC3957工作在三节或四节电池充电工作状态的引脚。
引脚3WU：该引脚为当UCC3957处于休眠工作状态时，在此脚加信号可唤醒UCC3957进入正常工作状态，此引脚应接到N沟道电平转移MOSFET晶体管的漏极。
引脚4AN1：该引脚为与最高电位的第1节电池的负极及第2节电池正极相连的引脚。
引脚5AN2：该引脚为最高电位的第2节电池的负极及第3节电池正极相连的引脚。
引脚6AN3：该引脚为最低电位的第3节电池的负极及第4节电池正极相连的引脚，当只有3节电池时与电池组的低电位端及AN4引脚相连。
引脚7和11引脚AN4：该引脚与电池组的低电位端相连，并和电流检测电阻的高电位端连接。
引脚8BATLO：该引脚为与电池组的负电位端连接的引脚，同时和电流检测电阻的低电位端相连接。
引脚9CHGEN：该引脚为充电使能引脚，该引脚为高电平时电池组开始充电。
引脚10CDLY1：该引脚为短路保护的延迟时间控制引脚，在该引脚与AN4引脚间连接电容的数值决定过电流的时间，当过电流时控制放电MOSFET晶体管的关断时间，电容的数值也决定打嗝儿过电流保护的时间。
引脚12CHG：该引脚为连接外接可控制N沟道MOSFET晶体管的引脚，而该外接N沟道MOSFET晶体管又可以用来驱动外接P沟道MOSFET管，如果有任一节电池电压高于过电压保护阀值电位，则该引脚相对AN4引脚被置低电位；只有当所有被充电的单节电池电压低于该阀值电位，则该引脚置高电位。
引脚13DCHG：该引脚为用于预防电池过放电的引脚。如果UCC3957内部的工作状态检测器判断到任一节电池处于欠电压状态，则引脚DCHG被置高电位以使外部放电P沟道MOSFET晶体管关断，但当所有电池的电压高于最低阀值电位时，引脚DCHG被置低电位。
引脚14CDLY2：该引脚与AN4引脚之间接一只电容，以延长第二级过电流保护的保护设定时间。
引脚15AVDD：该引脚与为内部模拟电路电源的供电引脚，通过0.1μF电容与AN4引脚相连，正常工作电压为7.3V。
引脚16DVDD：该引脚与为内部数字电路电源的供电引脚，通过0.1μF电容与AN4引脚相连，正常工作电压为7.3V。