充电器IC概述(图)

对充电器的要求
---对充电器主要要求是安全、快速、充满、效率高，其次要求成本低、使用方便、体积小及重量轻。
● 安全
---充电电池的使用过程是一个化学能量转变为电能过程，则充电过程是一个电能转变为化学能的过程。充电时能量转换会产生热，使电池的温度上升。若电池内部有质量问题或充电电流过大使电池温度达到50℃后仍不及时终止充电，则温度上升到一定值时会引起电池爆炸。因此，在大电流充电的场合，充电器要有检测电池温度的电路及温升速度(ΔT/Δt)电路，若电池达到某一设定温度或温升速度时，会自动终止充电，防止出现不安全情况；为了安全，充电器还设有充电定时器。
---另外，安全指的是充电电池在充电过程中不出现过充电(超过电池的最大充电电压)，过充会损害电池，影响电池使用寿命。另一点是能检测过放电电池，并用小电流预充电，到一定电压后再用大电流充电，保证安全充电。
● 快速
---使用充电器的人总是希望能快速充好电池。一般用充电率C来表示充电速度，充电率C=充电电流/电池容量。
---例如，电池的容量为1000mAh，若充电流为500mA，则C=1/2。充电率越大则充电电流越大，充电时间也越短，一般C为1～3。为满足快速充电，有时充电电流会高达4A～6A，个别的可达8A(LTC1960)。快速充电对安全性要求越严格，则充电器IC越复杂。

电子电路图

充电器IC及充电控制器IC
---习惯上把调整管(线性)或开关管(开关型)是否集成在IC中分成充电器IC及充电控制器。IC中有调整管的或开关管的称为充电器IC，IC中没有调整管或开关管的则称为充电控制器。一般充电电流小于1A的往往把调整管或开关管做在IC中。充电电流较大时，开关管不在IC中，则可以根据要求的充电电流来选择开关管，应用更为灵活，并且将开关管(发热功率器件)与控制器分开，使散热问题更容易解决。
---由于电池的化学成份不同、电池的容量不同、电池的结构不同(单节电池，如5#、7#电池，还有电池组、带有电量测量及完善保护的智能电池)，充电器的内部结构有很大的差异。另外，有的充电器是独立工作的，只要有一个输入电压就可工作。但还有一些需单片机配合工作，使性能更为完善。
---充电器发展的趋势之一是简化充电器结构，采用插头式电源(AC/DC变换器)或USB端口作电源供电，其典型的充电器IC如凌特公司的充1节锂离子电池的LTC4059A。该充电器IC仅仅是一个6管脚DFN封装(2mm×2mm)的小尺寸器件，它的特点是外围元件少，采用恒流、恒压充电、充电电流可设定，最大充电流可达900mA，充电精度可满足锂离子电池的要求。与此相似的充电器较多，将在下面介绍。 电子电路图
---另一个发展趋势是由微处理器配合，开发出功能全、性能好，能充锂离子电池、镍镉或镍氢电池外，还能充铅酸电池的通用型充电器IC。例如，凌特公司的LTC4100充电控制器IC，它不仅能充上述不同化学成份的电池，还能充智能电池。充锂离子电池可充2～6节，充镍镉、镍氢电池能充2～18节，并能充6V～24V的铅酸电池，最大充电电流可达4A，有SMBus1.1接口与微处理器连接实现充电控制。
---这里要说明的是，虽然LTC4100能充各种化学成份的电池，但对不同的化学成分电池有不同的充电要求，要有相应的软件配合来实现。例如，用LTC4100设计成镍氢电池充电器，它不能用来充锂离子电池。
---LTC4100内部除可构成高效率的DC/DC变换器外，还有为设定充电电流的10位DAC及为设定充电电压的11位DAC，并且有可由用户设定的过压、过流限制。

嵌入式开发网

新型充电器IC简介
---生产充电器的厂家很多，往往一个厂家也生产很多种充电器。这里仅介绍一些2004年上市的新型充电器，便于读者了解新型充电器IC的性能及功能。若需要了解更多的情况，可访问公司的网站。
● LTC4059A
---LTC4059A是一种恒流、恒压充1节锂离子的充电器IC。该充电器的特点是：充电电流可设定，最大充电电流可达900mA；采用监测充电电流来控制终止充电；恒流/恒压充电，内部有热调节，可避免过热危险；有ACPR端可检测输入电源的存在(输出低电平有效)；外部无需接功率MOSFET、电流检测电阻及阻塞二极管；工作电压为3.75V～8V；可直接由USB端口供电；4.2V锂离子电池充电电压精度在0.6％之内；在关闭充电器(EN端接高电平)后的耗电仅10μA；6管脚DFN封装。
---LTC4059A的典型应用电路如图1所示。PROG端接地电阻为充电电流设定电阻，当此电阻为2kΩ时，充电电流为600mA。ACRP端接50kΩ上拉电阻后，与微处理器的I/O口连接，充电电源接通后此端为低电平(此低电平信号送微处理器)。充800mAh的锂离子电池的电压及电流变化如图2所示。当检测到充电电流接近3mA时，认为电池已充满，终止充电。该充电器主要应用于PDA、手机、便携式仪器、数码相机等。凌特公司的网址为www.linear.com。

电子技术论文网

---LTC4059A的优点是电路简单，其缺点是没有充电状态指示(在充电中及充电结束指示)。与LTC4059A相似的充电器IC有MCP73855(MICROCHIP公司2004年产品)、NCP1835(安森美公司2004年产品)、MIC79110(MICREL公司2004年产品)，它们都是10管脚DFN封装或MLF封装，功能比6脚的LTC4059A要多一些。这三家公司的网址分别是www.microchip.com、www.onsemi.com、www.micrel.com。 PCB设计网

● DS2711/DS2712- 电子电路图

-DS2711/DS2712是一种专门充镍氢电池(1～2节)的充电控制器IC。该器件的主要特点：充1～2节镍氢电池(5#或7#)；能检测并避免充碱性电池；可预充过放电电池；快速充电用-Δ检测，灵敏度为2mV(典型值)；监测电池温度及电压，并有安全定时器终止充电；DS2711为线性控制电源(控制调整管)，DS2712为开关型控制；小尺寸16管脚SO封装。该充电器主要应用于数码相机、音频播放器、游戏机及电动玩具等。
---采用DS2712组成的充电器电路如图3所示。图中103AT-2为10kΩ的NTC热敏电阻(用于测电池温度)，RSNS为电流检测电阻，FCX718为开关管，两个LED作充电状态指示。由于采用两个电池并联充电，输入电压是5V。采用开关电源，电源效率较高。 电子技术书籍网

---DS2711/DS2712是MAXIM公司2004年推出的新器件，公司网址是www.maxim-ic.com。
● TSM1015--- 电子技术书籍网

TSM1015是ST公司2004年11月推出的新型充电控制器。它主要特点：恒压和恒流控制，低功耗，静态电流为100μA(典型值)；工作电压范围为4.5V～28V；组成充电器的外围元件少；阱电流输出级；容易调整；高的交流过电压抑制能力；内部基准电压1.25V(0.5%及1%精度)；可组成适配器及多种化学成份电池充电器；8管脚SO封装和小型SO封装。TSM1015的内部结构如图4所示。

嵌入式开发网

---TSM1015内部有两个运算放大器CV及CC(CV为恒压，CC为恒流)，一个1.25V基准电压源Vref，另外有一个28V限压二极管(限制输入电压)，结构如图4所示。由运算放大器CV及Vref及少数外围元器件组成恒压电路；由运算放大器CC及一些外围元器件组成恒流电路，如图5所示。 嵌入式开发网

---图5中，R2、R1组成输出电压分压器，其中间点输出反馈电压到运放CV的反相端，运放CV的同相端接Vref，运放CV的输出接光电耦合器的发光二极管(CV输出阱电流)，经光电耦合器作隔离后反馈到变压器的原边电路，实现输出电压的调节，输出恒压。
---图5中，基准电压Vref经R4、R5分压后输入运放CC的同相端，输出的电流IL经Rsense产生的电压Vsense(正比于IL)输入运放CC的反相端，运放CC的输出接光电耦合器(输出阱电流)，经光电耦合后作隔离输出电流为恒流。
---图5仅画出变压器副边的电路(反激式适配器的副边)，通过两个光电耦合器的隔离反馈实现恒压及恒流。图5中的D是阻塞二极管(防止原边切断电源时，充电电池向TSM1015放电。变压器副边产生的电压经二极管整流及滤波后给电路供电。整个充电器电路要根据充电电池的额定电压、电池容量来设计PWM型开关电源(AC/DC变换器)。
---作为一个8管脚的充电器控制器，TSM1015是十分简单的，但要组成一个完整的充电器要设计PWM型AC/DC变换器，还需要较大的工作量及较好的设计能力，这也可看作充电器发展的一个实例。ST公司的网址为www.st.com。