本應(yīng)用筆記提供DS2770電池監(jiān)測(cè)器和充電控制器的參考設(shè)計(jì)，包括為單節(jié)鋰離子（Li-Ion）或3節(jié)NiMH電池組充電的所有支持電路。本文介紹了為快速充電和涓流充電選擇支持組件的示例計(jì)算，以及用于執(zhí)行電池監(jiān)控功能和電池電量計(jì)功能的電路。本文還討論了保護(hù)電路和DS2770充電控制器免受ESD影響的問題。

概述

本應(yīng)用筆記給出了基于DS2770的充電控制器參考設(shè)計(jì)（見圖1），用于 單節(jié)Li+和三節(jié)電池組鎳氫電池組。它適用于電流限制充電 開路電壓不大于 10V 的電源。本設(shè)計(jì)假設(shè)DS2770 配置了一個(gè)內(nèi)部電流檢測(cè)電阻器，并存在Li+電池所需的保護(hù)電路 用于電池組。

該電路的設(shè)計(jì)考慮了三個(gè)重要問題：充電電流和晶體管偏置， DS2770過壓保護(hù)如果電池保護(hù)器開路，ESD保護(hù)。

本應(yīng)用筆記提供了確定4.2V Li+電池組元件值的計(jì)算示例 采用1A充電電流和50mA涓流充電電流;但是，可以將這些值修改為 根據(jù)具體應(yīng)用定制電路。

參考設(shè)計(jì)

圖1.推薦用于單節(jié)Li+和三節(jié)電池組NiMH電池組的原理圖。

充電電流和晶體管偏置—快速充電

DS2770根據(jù)電池電壓提供兩種充電速率。如果電池 電壓低于3.0V，在快速充電開始之前使用涓流充電來恢復(fù)電池電壓。 充電通過晶體管T1和T2控制，DS2770根據(jù)需要打開和關(guān)閉。

快速充電由晶體管T1控制。但是，重要的是要注意充電電流必須 受充電源限制，因?yàn)門1充當(dāng)充電源和充電源之間的低阻抗開關(guān) 電池。為了最有效地充電，T1 應(yīng)該幾乎不處于飽和區(qū)域。的金額 從T1底部流出以達(dá)到飽和的電流取決于其Beta（βT1） 和所需的電荷 當(dāng)前：

飽和基極電流 = 所需充電電流 / βT1

電阻R2限制進(jìn)入DS2770 CC引腳的電流，從而控制T1基極電流。什么時(shí)候 確定R2的最佳值，使用最大可能的電池電壓（V.BAT） 以獲得最壞情況 場(chǎng)景。然后可以按如下方式計(jì)算 R2：

R2 = VR2/我R2= （（VBSAT- 五抄送） × βT1） / 所需充電電流

哪里

VBSAT（飽和基極電壓） = V.BAT+ V行政長(zhǎng)官- 五EB= V.BAT+ 0.2V - 0.7V = V.BAT- 0.5V

和 V抄送是DS2770 CC引腳上的電壓。在充電過程中，CC 引腳在內(nèi)部被拉至 GND; 但是，CC引腳上有一些內(nèi)阻，通常為200Ω;因此，V抄送可以計(jì)算為 遵循：

V抄送= CC 引腳的飽和基極電流×內(nèi)阻

示例：對(duì)于需要1A充電電流的4.2V Li+電池組（充電時(shí)最大4.3V）， T1 選擇最小 Beta 為 100 的 FMMT718 晶體管。該晶體管需要 10mA 的電流 提供 1A 充電電流時(shí)基極電流將飽和。因此，CC引腳上的電壓 將為2.0V，因此R2選擇180Ω電阻。

R2 = （（V.BAT+ V行政長(zhǎng)官- 五EB- 五抄送) × βT1） / 期望充電電流
= （（4.3V + .2V - .7V - 2V） × 100） / 1A
= 180Ω
∴選擇 R2 為 180Ω

充電電流和晶體管偏置—涓流充電

涓流充電由 T2 門控，電流由 R6 限制。R6的值取決于 涓流充電所需的充電源 （VCH） 和電流。計(jì)算值時(shí) 的 R6，假設(shè) V.BAT= 0V，這將產(chǎn)生最壞情況下的涓流充電電流。因此，電壓 跨 R6 是：

VR6= VCH - V.BAT- 五行政長(zhǎng)官= 直流通道 - 0.2V

其中VCH是充電源電壓，V行政長(zhǎng)官是飽和晶體管上的壓降，并且

R6 = VR6/ 最大涓流充電電流

R6還需要能夠耗散所需的最大功率，以使電阻器額定功率 （公關(guān)R6） 如下所示：

公關(guān)R6=（最大涓流充電電流）2 × R6

T2基極電流可以使用公式1確定，使其在飽和區(qū)域工作。 然而，由于涓流充電電流低，β對(duì)于T2不太重要，因此更便宜 具有較低β的晶體管可用于該晶體管。

在涓流充電期間，DS2770 UV引腳被拉至GND，與CC引腳一樣，通常有 UV引腳上的200Ω內(nèi)阻。因此，UV引腳上的電壓，V紫外線，可以在 與 V 相同抄送（見等式4）。此外，還可以計(jì)算T2飽和基極電壓 使用公式3，VBAT = 3.0V，因?yàn)檫@是涓流充電期間的最高VBAT電壓。 然后，R3 的值可以按如下方式計(jì)算：

R3 = （（VBSAT（T2）- 五紫外線) × βT2） / 最大涓流充電電流

示例：10V充電源需要50mA涓流充電電流，因此選擇R6作為 200Ω電阻，額定功率為1瓦。T2選擇β = 20的4403晶體管，需要3mA 飽和基極電流。在這種情況下 V紫外線= 0.6V，因此R3使用1kΩ電阻。

R6 = （VCH - V.BAT- 0.2V） / 最大涓流充電電流
= （10V - 0V - 0.2V） / 50mA
= 196Ω
∴選擇R6為200Ω

公關(guān)R6= （最大涓流充電電流）2 × R6 = （50mA）2 × 200Ω

= .5 W
∴選擇 R6 以使其額定功率高于 1/2 瓦，例如 1 瓦 2512 封裝

R3 = （（VBSAT（T2）- 五紫外線) × βT2） / 最大涓流充電電流
= （（3.0V - .6V） × 20） / 50mA
= 960Ω
∴選擇 R3 為 1kΩ

過電壓

如果Li+保護(hù)電路打開充電，充電時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)過壓情況 路徑由于任何類型的保護(hù)問題。如果發(fā)生這種情況，VIN和VDD引腳將受到 整個(gè)充電源電壓（本電路中最高10V）。齊納二極管D1用于箝位VDD電壓達(dá)到安全水平。所選齊納二極管值應(yīng)大于 電池組（即Li+為4.3V，鎳氫為5.25V），但低于VDD引腳額定值（6V）。

電阻R5在過壓情況下限制流過D1的電流。電壓 R5上的壓降將基于充電源電壓和D1的值。因此，價(jià)值 R5 應(yīng)根據(jù) D1 所需的額定功率確定（PRD1），這也將是 R5 的額定功率，因此：

R5 = （VCH - VD1）2 / 公關(guān)D1

示例：D1選擇額定功率為1/20瓦的5.6V齊納二極管。帶 10V 充電電源和 5.6V 齊納二極管在R5兩端產(chǎn)生4.4V壓降。因此，為了限制流過D1和R5的電流， R5必須至少為390Ω，額定功率為1/20瓦。

R5 = （VCH - VD1）2 / 公關(guān)D1
= （10V - 5.6V）2 / （1/20 瓦）
= 387Ω
∴選擇 R5 在 0201 封裝中額定功率為 390Ω，功率為 1/20 W

注意：R5不應(yīng)超過1kΩ，以保持DS2770的功率。

當(dāng)發(fā)生過壓情況時(shí)，DS2770的內(nèi)部電路將VIN引腳箝位至 一個(gè)二極管壓降（0.7V）高于VDD。電阻R4保護(hù)VIN引腳，其尺寸必須保持VIN碼 輸入電流低于0.6mA，這是VIN可以安全承受的最大電流。因此，最小 R4 的可接受值可以按如下方式確定：

R4 = （直流電通道 - （VDD + .7V）） / 0.6mA

由于電池電壓實(shí)際上是在VIN引腳上測(cè)量的，因此有人擔(dān)心電阻R4可能會(huì) 在電壓讀數(shù)中產(chǎn)生錯(cuò)誤。但是，由于VIN引腳的輸入阻抗 最小值為15MΩ，因此增加一個(gè)高達(dá)15kΩ的電阻只會(huì)影響讀數(shù)0.1%。功耗 對(duì)于R4來說不是問題，因?yàn)楹苌儆须娏骺梢粤鬟^這條路徑。

示例：VDD上為10V充電源和5.6V齊納時(shí)，R4必須在6.2kΩ至15kΩ之間 提供足夠的VIN保護(hù)，同時(shí)將測(cè)量精度保持在0.1%以內(nèi)。

R4 = （垂直通道 - （VDD + .7V）） / 0.6mA = （10V - （5.6V + .7V）） / 0.6mA

= 6.17KΩ
∴選擇 R4 為 6.2KΩ

請(qǐng)注意，在過壓條件下，VDD 的內(nèi)部箝位可保護(hù) VIN;然而，這 箝位會(huì)導(dǎo)致電壓、電流和溫度的實(shí)時(shí)讀數(shù)不可靠。一旦 錯(cuò)誤條件被消除，讀數(shù)將再次變得穩(wěn)定。

靜電防護(hù)

圖 1 中所示的充電源、PACK+、PACK- 和數(shù)據(jù)端子是 電池組并暴露于可能的 ESD 事件中。為了防止這些事件，R1 和 R7 是 150Ω電阻，保護(hù)DS2770 VCH和DQ引腳免受充電源和 數(shù)據(jù)終端。電阻 R4 和 R5 可保護(hù) VIN 和 VDD 免受 PACK+ 端子上事件的影響 除了提供上一節(jié)中描述的功能之外。這些組件的使用 產(chǎn)生符合 IEC1000-4-2 型號(hào) ESD 要求的電路，空氣電壓為 ±15kV，空氣電壓為 ±8kV 聯(lián)系。

其他組件

此參考設(shè)計(jì)包括四個(gè) 100pF 電容器。C1 濾除 PACK+ 上的電壓，并 PACK-端子，C3是VDD引腳上電池電壓的旁路電容器。C4 創(chuàng)建低通 用于電流檢測(cè)輸入的濾波器，如DS2770數(shù)據(jù)資料所示。

對(duì)于某些充電源，由于 高電流負(fù)載。如果VCH降至電池電壓以下，DS2770會(huì)將其解釋為： 充電源已被移除，它將終止充電，直到另一個(gè)啟動(dòng)充電條件為 遇到。電路中包括R1和C2，以防止初始?jí)航?被DS2770誤解。這些值可以針對(duì)具有高紋波或噪聲的電荷源進(jìn)行調(diào)整 內(nèi)容。

總結(jié)

本應(yīng)用筆記介紹了一個(gè)充電控制器參考設(shè)計(jì)，其中包括充電組件 為了安全起見。該設(shè)計(jì)提供了快速和涓流充電以及 在充電過程中保護(hù)器打開時(shí)保護(hù)DS2770。該電路還進(jìn)行了測(cè)試。 ESD 硬度符合 IEC1000-4-2 ESD 模型。

審核編輯：郭婷