鋰電池線性充電管理IC

1、鋰電池線性充電管理IC一、為什么需要充電管理IC因為鋰電池本身是由化學(xué)物質(zhì)組合而成的，化學(xué)物質(zhì)在電離充電的過程中有其特有的充電特性，所以根據(jù)自身的充電特性來配置充電IC的性能，以達(dá)到正確、安全、高效的使用鋰電池。二、鋰電池工作原理1、鋰電池原料·正極材料：LiCoO2(鈷酸鋰)+導(dǎo)電劑+粘合劑(PVDF)+集流體（鋁箔） ·負(fù)極材料：石墨+導(dǎo)電劑+增稠劑(CMC)+粘結(jié)劑(SBR)+ 集流體（銅箔）·隔膜紙2、充電過程電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子從正極“跳進(jìn)”電解液里，通過電解液“爬過”隔膜上彎彎曲曲的小洞，運動到負(fù)極，與早就通過外部電路跑到負(fù)

2、極的電子結(jié)合在一起。正極上發(fā)生的反應(yīng)為：LiCoO2=充電=Li1-xCoO2+Xli+Xe(電子)負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)為：6C+XLi+Xe=LixC63、放電過程 放電有恒流放電和恒阻放電，恒流放電其實是在外電路加一個可以隨電壓變化而變化的可變電阻，恒阻放電的實質(zhì)都是在電池正負(fù)極加一個電阻讓電子通過。由此可知，只要負(fù)極上的電子不能從負(fù)極跑到正極，電池就不會放電。電子和Li+都是同時行動的，方向相同但路不同，放電時，電子從負(fù)極經(jīng)過電子導(dǎo)體跑到正極，鋰離子Li+從負(fù)極“跳進(jìn)”電解液里，“爬過”隔膜上彎彎曲曲的小洞，“游泳”到達(dá)正極，與早就跑過來的電子結(jié)合在一起，我們通常所說的電池容量指的就是放電容

3、量。4、搖椅式電池不難看出，在鋰離子電池的充放電過程中，鋰離子處于從正極 負(fù)極 正極的運動狀態(tài)。如果我們把鋰離子電池形象地比喻為一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就象優(yōu)秀的運動健將，在搖椅的兩端來回奔跑。所以，專家們又給了鋰離子電池一個可愛的名字搖椅式電池。三、鋰電池制作工藝流程1、制漿 用專門的溶劑和粘結(jié)劑分別與粉末狀的正負(fù)極活性物質(zhì)混合，經(jīng)高速攪拌均勻后，制成漿狀的正負(fù)極物質(zhì)。2、涂膜將制成的漿料均勻地涂覆在金屬箔的表面，烘干，分別制成正負(fù)極極片。3、裝配按正極片-隔膜-負(fù)極片自上而下的順序放好，經(jīng)卷繞制成電池極芯，再經(jīng)注入電解液、封口等工藝過程，即完成電池的裝配過程，制成成品電池

4、。4、化成 用專用的電池充放電設(shè)備對成品電池進(jìn)行充放電測試，對每一只電池都要進(jìn)行檢測，篩選出合格的成品電池，待出廠。四、鋰電池充電管理IC的充電狀態(tài)1、待機狀態(tài)（Standby）在如下幾種情況下會進(jìn)入待機狀態(tài)：A·輸入電壓低于電路最低工作電壓；B·電池電壓充飽后；C·利用外置開關(guān)強行關(guān)斷IC，停止IC充電。待機狀態(tài)的電壓電流特性：充電IC無充電電壓輸出，IC輸入電流在uA級，減少電路損耗。2、預(yù)充狀態(tài)（Precharge）當(dāng)檢測到電池電壓低于IC預(yù)充電壓閾值時，此時將以最大充電電流的1/10電流為充電電流，將電池電壓先充到預(yù)充電壓閾值。3、恒流充電狀態(tài)（Const

5、ant Current）當(dāng)檢測到電池電壓已經(jīng)大于預(yù)設(shè)電壓閾值而小于最高電壓4.2V（相對于單節(jié)鋰電池）時，此時IC將以外掛電阻設(shè)定的最大充電電流給電池充電。將電池電壓充到等于最大充電電壓（4.2V附近）時為止。（預(yù)充電流和最大充電電流由IC外掛電阻設(shè)定）恒流充電狀態(tài)時需要注意的幾個問題：A·在此狀態(tài)下，IC處于最大充電電流狀態(tài)，此時的損耗也是最大的，現(xiàn)行降壓的損耗公式=（Vin-Vout）×Iout。此時需要注意IC的最高工作溫度。B·因為最高充電電流造成溫度的提高，IC會自動降低最大充電電流，這就是在過熱時充電電流下降的原因。4、恒壓充電狀態(tài)（Constant

6、Voltage）當(dāng)檢測到電池電壓等于或者接近電池最高電壓4.2V時，此時將會以恒定4.2V充電電壓，且逐步降低充電電流的方式繼續(xù)充電。當(dāng)檢測到充電電流小于最大充電電流的1/10時，將會停止充電。在此狀態(tài)下需要注意的問題是：當(dāng)電池充到最大電壓時可以自動關(guān)斷。五、鋰電池充電管理IC分類1、按照充電電路結(jié)構(gòu)可以分為：（1）線性降壓充電管理IC線性降壓部分基本功能類似于LDO的線性降壓電路，最大可充電電流設(shè)定一般是通過恒流源外掛電阻的方式來設(shè)定，而且一般是內(nèi)部集成功率器件。（2）開關(guān)降壓充電管理IC開關(guān)降壓電路的基本功能與BUCK降壓電路一樣，也分為同步降壓和非同步降壓，最大可充電電流設(shè)定一般通過串聯(lián)

7、在充電回路中的電路取樣電壓來決定。2、鋰電池開關(guān)式充電管理結(jié)構(gòu)特點（1）電路結(jié)構(gòu)器件相對較多；（2）成本相對較貴；（3）電路結(jié)構(gòu)效率高，可達(dá)到92%以上的充電效率；（4）可充較大容量電池，一般最大充電電流在1A以上；（5）器件發(fā)熱比較均勻，不會出現(xiàn)單點過熱現(xiàn)象。五、鋰電池充電管理IC bq24610/71、摘要bq24610/7是一個高度集成的鋰或鋰聚合物開關(guān)模式電池充電控制器。它有一個恒定頻率同步開關(guān)PWM控制器，具有高精度充電電流和電壓調(diào)整，預(yù)充電，終止，適配器電流調(diào)節(jié)和充電狀態(tài)監(jiān)控。bq24610/7充電分為三個步驟：預(yù)充電、恒流充電和恒壓充電。當(dāng)電壓達(dá)到一個最低用戶可選電平時，充電終止

8、?？删幊坛潆娪嫊r器可提供一個安全備份。如果電池電壓低于內(nèi)部閾值，bq24610/7自動重新開始一個充電周期，而且當(dāng)輸入電壓低于電池電壓時，它能進(jìn)入一個低靜態(tài)電流睡眠模式。bq24610/7的外部控制開關(guān)能阻止電池倒灌到輸入端，通過使用6V閾值的開關(guān)把適配器連接到系統(tǒng)，電池連接到系統(tǒng)，從而得到更高的系統(tǒng)效率。bq24610/7具有動態(tài)電源管理（DPM）特性。當(dāng)達(dá)到輸入功率極限時，這些特性減少充電電流，從而避免AC適配器因同時進(jìn)行供電負(fù)載和電池充電引起的超負(fù)荷。高精度電流感應(yīng)放大器能精確地測量來自AC適配器的輸入電流，從而監(jiān)控整個系統(tǒng)電源。2、管腳功能管腳功能描述序號名稱1ACN適配器電流檢測電阻

9、，負(fù)極輸入。一個0.1uF陶瓷電容放置ACN與ACP之間提供差模濾波。一個可選0.1uF陶瓷電容放置ACN腳到GND做共模濾波2ACP適配器電流檢測電阻，負(fù)極輸入。一個0.1uF陶瓷電容放置ACN與ACP之間提供差模濾波。一個可選0.1uF陶瓷電容放置ACP腳到GND做共模濾波3/ACDRVAC適配器供電系統(tǒng)MOSFET驅(qū)動輸出。通過一個1K歐電阻連接到P通道功率MOSFET和反向傳導(dǎo)阻滯P通道功率MOSFET的柵極。內(nèi)柵極驅(qū)動是非對稱的，允許一個快速關(guān)和緩慢開，除了關(guān)于/BATDRV的內(nèi)部先斷后通邏輯。如果需要，可選一個電容從柵極到源極，用于延緩開關(guān)時間。4CE充電使能，高電平有效，輸入腳。

10、內(nèi)部有1M歐下拉電阻5STAT1開漏極充電狀態(tài)管腳，指示不同充電操作6TS溫度限制電壓輸入電池包負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。通過從VREF到TS再到GND的電阻分隔器，來規(guī)劃熱和冷溫度窗口。7TTC安全計時器和終止控制。該管腳連接一個電容到地，設(shè)置計時器，當(dāng)該輸入為低時，計時器和終止功能被關(guān)閉，當(dāng)拉高時，計時器功能關(guān)閉但終止功能有效。8/PG開漏電源正常狀態(tài)輸出，當(dāng)IC有一個有效VCC（不在UVLO、ACOV或SLEEP狀態(tài)）時，該管腳低為低電平。當(dāng)IC有一個無效VCC時，該管腳為高電平。/PG能用于驅(qū)動一個LED燈，或與主處理器通信。9STAT2開漏充電狀態(tài)管腳用于顯示不同的充電操作。10VREF3

11、.3V穩(wěn)壓輸出。放置一個1uF陶瓷電容到GND，并靠近IC。該電壓能用于規(guī)劃電壓電流穩(wěn)定度和規(guī)劃TS的閾值電壓。11ISET1快速充電電流設(shè)定輸入。ISET1管腳電壓編程快速充電電流調(diào)節(jié)設(shè)定值。12VFB輸出電壓模擬反饋調(diào)節(jié)。連接到一個從電池終端到該管腳的電阻分壓器輸出，該分壓器是調(diào)節(jié)輸出電池穩(wěn)壓。13SRN充電電流檢測電阻，負(fù)極輸入。14SRP充電電流檢測電阻，正極輸入。15ISET2預(yù)充電和終止電流設(shè)定輸入。16ACSET適配器電流設(shè)定輸入。在動態(tài)電源管理期間，ACSET管腳的電壓設(shè)定預(yù)充電電流調(diào)節(jié)設(shè)定點。18REGNPWM低端驅(qū)動器正6V電源輸出。通過在REGN和BTST連接一個小信號肖

12、特基二極管用于低端驅(qū)動器和高端驅(qū)動器自舉電壓。19LODRVPWM低端驅(qū)動器輸出。20PHPWM高端驅(qū)動器負(fù)極電源。連接到相位開關(guān)節(jié)點，在PH與BTST之間接一個0.1uF電容。21HIDRVPWM高端驅(qū)動輸出。22BTSTPWM高端驅(qū)動正極供電。23/BATDRV電池到系統(tǒng)MOSFET驅(qū)動輸出。24VCCIC正供電。1、電池穩(wěn)壓bq24610/7利用一個高精度電壓基準(zhǔn)和調(diào)整器來實現(xiàn)高充電電壓精度。充電電壓通過一個電池到低的分壓器來設(shè)置，其分壓器中點接到VFB管腳。VFB的電壓調(diào)節(jié)到2.1V，以下是調(diào)節(jié)電壓的方程式：VFB與電池之間接R2，VFB與GND之間接R1。2、電池穩(wěn)流ISET1設(shè)置最

13、大快速充電電流。電池充電電流通過連接在SRP和SRN之間的電阻RSR來檢測。SRP和SRN之間最大電壓為100mV，因此對于10m檢測電阻，最大充電電流是10A。充電電流方程式是：VISET1是輸入ISET1電壓范圍是0V到2V。SRP和SRN管腳是用于檢測默認(rèn)值10m電阻的電壓值。無論如何，任何值的電阻也能夠使用，電阻值越大，檢測電壓就越大，調(diào)節(jié)精度就越高，但傳到損失就越高。3、輸入適配器穩(wěn)流通常，系統(tǒng)電流波動在系統(tǒng)開機或關(guān)機的環(huán)節(jié)，如果沒有動態(tài)電源管理（DPM），輸入源必須能同時提供最大系統(tǒng)電流和最小系統(tǒng)電流。通過利用DPM，當(dāng)輸入電流超過由ACSET設(shè)置限制的輸入電流時，電池充電減小充電

14、電流。AC適配器的電流容量可以降低，減少系統(tǒng)損耗。類似設(shè)置電池穩(wěn)流，適配器電流通過檢查連接到ACP和CAN之間的電阻。最大值通過設(shè)置ACSET，方程式如下：Vacset，輸入電壓范圍0到2V，ACP和CAN管腳用于檢測默認(rèn)值10m電阻的電壓。無論如何，其他阻值也能夠使用，電阻值越大，檢測電壓就越大，調(diào)節(jié)精度就越高，但傳到損失就越高。4、預(yù)充電如果電池在上電時電壓低于Vlowv閾值，bq24610/7申請預(yù)充電電流到電池。如果在初始預(yù)充電30分鐘里還未達(dá)到Vlowv閾值，充電將關(guān)閉，狀態(tài)管腳將顯示故障。5、充電終止，再充電，安全定時器bq24610/7在電壓調(diào)節(jié)相位期間監(jiān)控充電電流。當(dāng)Vttc有

15、效時，充電終止同時VFB電壓高于Vrech閾值，充電電流低于Iterm閾值，就像如下公式計算：ISET2的輸入電壓在0到2V之間。最小預(yù)充電/終止電流在默認(rèn)10m檢測電阻下被固定在125mA左右。作為安全備份，bq24610/7也提供一個可編程充電定時器。通過TTC與GND之間的電容來編程充電定時器，公式為：Cttc是TTC管腳到GND之間的電容，范圍是0.01uF到0.11uF。Kttc是常量（5.6min/nF）。當(dāng)以下其中一個條件發(fā)生時，初始化一個新的充電周期，復(fù)位安全定時器。·電池電壓低于再充電閾值；·上電復(fù)位（POR）發(fā)生；·CE切換。TTC管腳能被拉低

16、來使終止和安全定時器無效。如果TTC上拉到VREF，bq24610/7將繼續(xù)允許終止，但使安全定時器無效。TTC拉低將復(fù)位安全定時器。6、上電由于VCC既可以由電池供電，也可以由適配器供電，所以b q24610/7利用SLEEP比較器來判斷VCC的電源。如果VCC電壓大于SRN電壓，bq24610/7將使能ACFET，使BATFET無效。如果所有其他條件都滿足充電，bq24610/7會嘗試給電池充電。如果SRN電壓高于VCC，則要求電池作為供電源，bq24610/7使能BATFET，進(jìn)入一個最小電池漏電的低靜電流睡眠模式。如果VCC低于UVLO閾值，芯片無效，ACFET關(guān)閉，BATFET打開。

17、7、使能充電與否在使能充電之前，以下條件必須有效：·CE高電平；·芯片不在UVLO（Under-Voltage-Lockout）或VCCLOWV模式；·芯片不處于SLEEP模式；·VCC電壓低于AC過壓閾值（VCC<Vacov）；·初始化上電之后延遲30ms；·REGN LDO和VREF LDO電壓都在正確的電平值；·熱關(guān)閉（TSHUT）無效；·檢測不到TS有錯；以下其中一個條件發(fā)生將停止繼續(xù)充電：·CE低電平；·移走適配器，引發(fā)芯片進(jìn)入UVLO,VCCLOWV或SLEEP模式；·適配器過壓；·REGN或VREF LDOs過載；·達(dá)到TSHUT芯片溫度閾值；（145）·TS電壓超出范圍表示電池溫度太高或太低；·TTC安全定時器超時。變換器操作同步降壓PWM變換器利用一個具有前饋控制原理的固定頻率電壓模式。型補償網(wǎng)絡(luò)允許在變換器的輸出端接陶瓷電容。在反饋輸出端（FBO）與誤差放大器輸入端（EAI）之間內(nèi)部連接補償輸入級。在誤差放大器輸入端（EAI）與誤差放大器輸出端（EAO）之間連接反饋補償級。選擇LC輸出濾波器來產(chǎn)生12KHz-17KHz的共振頻率，共振頻率fo公式：比較內(nèi)部鋸齒斜波和內(nèi)部EAO誤差控制