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单节聚合物锂电池充电器设计方法思路

单节锂聚合物电池正在变成便携式和超便携式应用的主要选择。针对这一终端市场而开发的AAT3681A是一个高性能的电池充电器,设计用于从一个外部电源以高达300mA的电流对单节锂离子/聚合物电池进行充电。这一充电电流可使用一个外部电阻在15mA到300mA的很宽范围内进行定制。这就允许适配器/USB口在不同的应用中执行快速充电。它是一个独立的充电解决方案,只需要一个外部元件就可以实现全部功能。这一器件可精确地为4.2V锂离子/聚合物电池组调节电池充电电压和电流。

聚合物锂电池

该器件的额定工作温度范围为-40℃到+85℃。在某一给定的恒流充电水平下,当工作环境温度超出了该器件封装的功耗能力时,其充电控制将进入热限制状态。

该器件提供一个状态监测输出引脚,它可直接驱动一个外部LED来指示电池充电状态。

器件结温和充电状态被充分监测,以防错误状况发生。

AAT3681A实现了一个完整的保护系统。在过压或过温错误状态发生时,该器件将自动关断,以保护充电设备、控制系统和充电状态下的电池。

充电操作

AAT3681A具有针对整个电池充电周期的四种基本充电模式:预充/涓流充电、恒流/快速充电、恒压充电和充电终结。

电池预充

在充电开始前,为了确保一个安全的充电环境,AAT3681A会检查几个条件。输入电源必须超过最小工作电压或欠压锁定阈值,才能启动充电顺序。当这些条件都已得到满足且电池连接到BAT引脚,AAT3681A就检查电池的状态。如果电池电压低于预充电压阑值,充电控制电路就开始对电池进行预充。电池预充涓流充电电流是快速充电恒流的十分之一。

例如,如果可编程快速充电电流是300mA,那么预充电流就是30mA。电池单元预充是针对深度放电电池单元的一种安全预防措施,它也有助于限制导通晶体管上的功耗,因为此时该器件上的电压差是最大的。恒流充电电池单元预充一直持续到BAT引脚上的电压超出预充电压阈值。到达此点后,该器件开始恒流充电阶段。恒流充电幅值由用户通过设置电阻进行编程。AAT3681A一直保持恒流充电模式,一直到电池到达电压调节点。

恒压充电

在恒流快速充电阶段,当电池电压到达输出充电调节值时,系统就进入恒压充电模式。

调节电压水平在出厂时设置为4.2V(?.5%)。恒压模式下的充电电流掉下来,因为充电中的电池单元快到达其最大容量。充电周期终结和再充电顺序

在恒压模式下,当充电电流掉到快速充电电流的10%时,该器件就终止充电,并进入睡眠状态。充电器将保持睡眠状态,直到电池电压降到电池再充电压阈值以下。

由于在睡眠状态下消耗非常低的电流,因此AAT3681A在不充电时可将电池泄露降到最低。这一特性对这样一些应用来说特别有用,其输入电源水平可能低于充电电池水平或欠压锁定水平。在这些情况下,当AAT3681A输入电压下降时,该器件将进入睡眠状态,一旦输入电源从错误状态下恢复过来,它再自动恢复充电。

散热考虑

AAT3681A采用sC70JW-8封装,它能够散发高达687mW的功率,当它被正确地安装在PCB板上时,并具有最大160℃/W的热阻。在设计PCB和安排该充电器IC与某一特定应用设计中的其它散热器件的位置时,有许多因素应当加以考虑。

保护电路;过压保护

一个过压事件的定义为:BAT引脚上的电压超过最大电池充电电压,并被设定在过压保护阈值。如果一个过压事件发生,AAT3681A充电控制电路将关断该器件,直到BAT引脚上的电压掉到OVP电压水平以下。AAT3681A在过压状态消除后,再恢复正常的充电操作。

保护电路;过热关断

AAT3681A有一个热保护控制电路,一旦内部裸片温度超过预置的热限制阑值,它就关断充电功能。一旦内部裸片温度掉到热限制以下,就自动恢复到以前的正常充电状态。

充电电流的可编程性

用户可借助一个放在ISET引脚与地之间的设置电阻编程设定恒流充电水平。快速充电精度和预充涓流充电电流,由使用的设置电阻的容差决定。因此,推荐采用1%容差的金属薄膜电阻。快速充电恒流电流范围从15mA到300mA。

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