恒压恒流充电控制器介绍

  仪器网 ·  2012-11-12 10:53  ·  53580 次点击
摘要:介绍带有预置电压和终止标志的恒流/恒压充电控制器LT1571系列电路的特点、引脚功能、工作原理及其典型应用。
1概述
LT1571电路是一种简单、高效、可对电池快速充电的脉宽调制式充电控制器。它可以对LiIon、NiMH、NiCd电池进行恒压/恒流充电。器件内部的晶体管可以输出1.5A直流电流(2A峰值电流),器件内部的电流传感电阻器可以将充电电流精度控制在5%以内。恒压输出可以选择每节电池为4.1V或4.2V,精度为0.6%。
LT1571可以充电的电池范围为1V~20V,高效率、小体积的充电器可以提供的最大开关频率为200kHz(LT15711,LT15712)、500kHz(LT15715),当充电电流降低到设定的20%时,FLAG引脚上将输出一个电平信号以指示LiIon电池已接近充满。LT15711、LT15712是28引脚的窄间距SSOP型封装。LT15715是16引脚的窄间距SSOP型封装。
表1列出LT1571系列的主要特点及功能。
LT1571系列的极限参数如下:
供电电压VCC:28V
表1LT1571系列的性能型号特点功能LT1505恒流/恒压充电控制器,带输入限流高效同步Buck拓扑,使用外接N沟MOS管,带预置电压及输入限流。LT1510200kHz恒流/恒压充电控制器最大充电电流1.5A,用于LiIon、NiCd、NiMH及铅酸电池。LT15105500kHz恒流/恒压充电控制器最大充电电流1A,用于LiIon、NiCd、NiMH及铅酸电池。LT1511200kHz恒流/恒压充电控制器,带输入限流最大充电电流3A,用于LiIon、NiCd、NiMH及铅酸电池。LT1512500kHz恒流/恒压充电控制器采用SEPIC拓扑,输入电压可高于也可低于电池电压,最大充电电流1.5A,用于LiIon、NiCd、NiMH及铅酸电池。LT1513500kHz恒流/恒压充电控制器采用SEPIC拓扑,输入电压可高于也可低于电池电压,最大充电电流2A,用于LiIon、NiCd、NiMH及铅酸电池。LTC1729LiIon电池充电控制器带自动结束功能,C/10充电速率检测及定时功能。LTC1731线性恒流/恒压充电控制器线路简单,使用外部MOS管,可预置电压,C/10充电速率检测,可预置充电时间。LTC1759带SMBUS(总线控制型)的恒流/恒压智能充电控制器在LT1505基础上外加SMBUS。LT1769200kHz恒流/恒压充电控制器最大充电电流2A,用于LiIon、NiCd、NiMH及铅酸电池。
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图1引脚排列
BOOST引脚相对于VCC电压:20V
开关电流(峰值):2A
FLAG引脚输出电平:VCC
2引脚说明
LT1571的引脚如图1所示。内部原理框图如图2所示。各个引脚的功能如下所述。
GND:接地引脚。
SW:NPN功率管的发射极,外部电路的肖特基二极管在连接到SW引脚和GND引脚间的走线必须很短。
VCC1、VCC2:输入供电引脚。为了更好的旁路,要求连接一个低ESR,10μF或更高容量的电容器,引线尽量短。VCC应该在8V和26V间变化,当VBAT低于10V时,VCC至少要高于VBAT2V,当VBAT大于10V时,VCC至少要高于VBAT2.5V,当VCC低于7V(典型值)时,欠压锁定装置启动,输出晶体管关断。注意从SW引脚
到VCC引脚有一个内部寄生二极管(当接电池时,不要使VCC低于SW的值超过0.7V)。
BOOST:这个引脚用来自举、驱动NPN开关管到一个低导通电压值,对于低功耗的功率管,当晶体管导通时,VBOOST=VCC+VBAT。对于更低的功率耗散来说,VBOOST=3V~6V。
SENSE:电流放大器CA1的输入引脚,可从电池的+、-极传感。注意电流传感电阻器RS1(0.08Ω)连接在SENSE引脚与BAT引脚之间。
BAT1:电流放大器CA1的输入引脚。
BAT2(LT15712,LT15715):这个引脚用来连接电池和内部预置电压设定电阻器。当器件处于关断状态或输入电源未连接时,内部开关电路不连接从电池来的电阻分压器。不连接的作用是消除来自电阻分压器的漏电流。如果用内部预定分压器,BAT2引脚连接到电池阳极。否则,此引脚连接到地,在此引脚上的最大电压为20V。
PROG:这个引脚控制充电电流及系统回路补偿。充电电流可以这样计算:2000×从PROG引脚流出的电流。在正常操作期间,VPROG保持在2.465V左右。如果PROG引脚短接到地,开关管停止工作,采用微处理控制器DAC来设定充电电流,它必须能吸收电流,使之保持在2.465V左右。
VC:这是电流模式PWM的内部回路控制信号,在0.9V时转换开始,在正常工作情况下,更高的VC对应更高的充电电流。至少0.1μF的电容器接地以滤除噪音并控制软启动速率。此引脚拉低于0.6V时,器件关断。流出此引脚的典型电流是60μA。当VC被拉低于40mV时,LT1571供给电流降低到典型值150μA。
SELECT(LT15712,LT15715):这个引脚用来选择预定电池电压。对于LT15712来说,此引脚开路选择8.2V电池,此引脚接地选择8.4V电池。对于LT15711来说,此引脚开路选择4.1V电池,此引脚接地选择4.2V电池。对于其它的电池电压,用可调的LT15711。
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图2内部原理框图
VFB(LT15711):这个引脚是用一个2.465V的阈值输入到放大器VA(如方框图所示)。典型输入电流大约3mA。当给电池充电时,VA监测电池电压,当电池电压达到预定值时,减小充电电流。如果不用它(仅恒流模式),VFB引脚应该接地。
CAP:一个从CAP引脚到地的0.1μF的电容器是必需的,滤除取样的充电电流信号,当充电电流降到设定的最大充电电流的20%时,这个滤波信号用来置位FLAG引脚。在CAP引脚加一个电阻器能将阈值电平设置成设定的最大充电电流的7.5%。
FLAG:这个引脚是一集电极开路输出端,用来指示充电结束。当充电电流降低到设计的充电电流的某一百分点时,FLAG引脚由低电平驱动。可认为是CAP引脚的作用。如果用了这个功能,就需要一个上拉电阻器。这个引脚能耗散至少1mA,这个引脚上的最大电压是VCC。
3工作原理
LT1571是电流模式的PWM降压充电器,电池的充电电流由在PROG引脚的电阻器RPROG(或一个DAC输出电流)来设定(参见方框图)。放大器CA1通过RS1将该充电电流转换成更低的电流IPROG(500μA/A)反馈到PROG引脚。放大器CA2将CA1的输出与设定的电流加以比较,驱动PWM回路调整使其相等。高精度的直流输出电流实际上是由具有平均作用的电容CPROG得到的。注意IPROG有AC和DC分量。IPROG通过R1产生斜坡信号反馈到PWM控制比较器C1、通过缓冲器B1、分压电阻器R2和R3,形成电流控制的内部环路。BOOST引脚驱动NPN管进入饱和导通状态以减小功率损耗。
对于LiIon类型的要求恒压和恒流充电方式的电池,当电池电压达到设定值时,具有0.5%精度的2.465V的电压基准,以及放大器VA共同减小充电电流。对于NiMH和NiCd电池,VA可以用作过压保护。在输入电压降低或关断过程中,VCC引脚电压降到比电池电压低0.7V时,此时系统强迫充电器进入电池低漏电(5μA典型值)的睡眠状态。要关断充电器,简单地用一个晶体管将VCC引脚拉低即可。
比较器E6监控充电电平,当充电处于电压模式下,充电电流减小到20%或更低时,E6输出一个信号到FLAG以指示充电结束。这一信号也可用来启动一个定时器以表示充电结束。
4相关参数的设定
4.1充电电流的计算
充电电流的基本公式(参见图2)为
IBAT=IPROG×2000=2.465V/RPROG×2000
式中,RPROG是从PROG引脚到地的总阻值。
例如,需要1A的充电电流,则
RPROG=2.465V×2000/1A=4.93k
充电电流也可由脉宽调制IPROG,用一个开关管Q1到RPROG以一个高于几千Hz的频率来设计计算。充电电流与Q1的占空比成比例,在100%的占空比下可以达到满载电流。
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图3设定其他电池电压
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图4LT15715组成的一节
LiIon电池充电电路(0.8A)
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图5200kHz充电LiIon电池的充电电路
(1A,效率>87%)

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