摘要：新型高性能充電組合電路(充電器)是由DS2770、DS2720等芯片組合成設(shè)計而成,本文解析該設(shè)計辦法的功能和特點.關(guān)鍵詞：充電控制與保護電量計量1-Wire接口Li+鋰離子電池包
前言
Li+鋰離子電池因具有體積小、重量輕與能量密度高等優(yōu)點，所以在GSM/CDMA和數(shù)碼相機、攝像機及pDA等高端便攜式產(chǎn)品中被廣泛使用.它們都要在內(nèi)建立一個高性能的鋰離子電池充電器,以保證Li+電池在使用中戒備過充電、過放電等損害現(xiàn)象的發(fā)生，從而,隨之帶來的是要求鋰離子電池充電器具有嚴格與完善的保護電路,才能真正實現(xiàn)各項安全保護特性。
為此,使用新型的DS2770和DS2720芯片可以設(shè)計一個具有充電控制、電源控制、電量計數(shù)、電池保護、計時和對電池包能識別等功能的高性能鋰離子電池充電器組合辦法.見圖1所示.從而用它可替代目前市場上的現(xiàn)有的鋰離子電池保護／充電控制電路---充電器。下面就該高性能鋰離子電池充電器組合設(shè)計的功能與特點作一說明.
1充電組合電路---充電器的組成
1.1見圖1所示.整個組合電路分別有DS2770是充電控制器／電量計、DS2720電池保護器、DS2415實時時鐘(RTC)三個芯片組成.它們均公用一個地(Vss或Gnd)、電源(Vdd)和通信線(DQ或DATA)。而所有的電容(從C1到C10)和電阻(從R1到R12)的用途是對干擾信號濾波及對ESD的保護.圖1新型高性能鋰離子電池充電器設(shè)計辦法圖該充電器的負載(即主設(shè)備)是通過pACK+和pACK-引腳獲得電源，而充電器與主系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信是通過標準的l-Wire接口(標為DATA)進行.DS2720芯片的的pS引腳和主系統(tǒng)的開／關(guān)控制相連接,且作充電器的使能輸入(低電平有效).圖1中引腳Charge·source可連接到充電電源,而充電電流能按照電池額定的充電條件加以限制,其充電電壓最高至15V.
整個充電器在工作模式下消耗不足100μA的典型電流，而處于靜止狀態(tài)(即鋰離子電池不處于充電狀)時典型消耗電流不到20μA。
1.2對DS2770芯片功能與特點作一解析
DS277是一款集成了電池電量計量和鋰離子或鎳基電池充電控制器的新型芯片,其框圖見圖2所示。它還蘊含一個可選擇的25mΩ測試電組，用來實現(xiàn)充電電流測量。內(nèi)置的測量電路能測試電壓和溫度值，作為充電終止的判據(jù)和安全充電環(huán)境的判據(jù)。所有測量結(jié)果保存在16字節(jié)的SRAM存儲器中，它的40字節(jié)的EEpROM留給用戶使用。與主系統(tǒng)所有信息交換都通過它的標準的l-Wire通信接口實現(xiàn)。該芯片為低功耗,工作狀態(tài)耗電僅為80μA，靜態(tài)消耗電流為0.5μA,其引腳功能說明:
UV:當電池電壓測試為低值時的輸出端，其低電平有效.
CC:充電控制輸出,其低電平有效.
Vch:充電電壓輸入.
SnS:電流撿測電阻連接端.
Vdd與Vss:芯片電源端
Vss:地端
DATA:數(shù)據(jù)輸入/輸出端
LS1與LS2:電流測試輸入端.
Vin:電池電壓測試輸入
2有關(guān)充電組合電路的保護特性
見圖1中部.使用外接的二只N溝道MOSFET保護管(IRF840)Vp3與Vp4和DS2720芯片來實現(xiàn)對單體Li+或鋰聚合物電池安全保護.即可以達到保護電池免受過量充電、過量消耗、過高放電電流以及過高溫度損害等安全特性。DS2720具有細小電流充電功能，可恢復(fù)已深度放電的電池。用主系統(tǒng)軟件還能夠通過DS2720與DS2770芯片的DQ引腳測試到電池出現(xiàn)故障的原由并由主系統(tǒng)向用戶匯報。
要指出的是MOSFET管被接在了充電組合電路的高端，位于充電電源和Li+電池正端之間，見圖1所示.為確保其數(shù)據(jù)在發(fā)生保護性故障或當充電組合電路處于休眠模式時不丟失，最好由Li+或鋰聚合物電池筆直給DS2770和DS2415供電。否則的話，當MOSFET被關(guān)掉時數(shù)據(jù)將丟失。該DS2720芯片為低功耗,工作狀態(tài)耗電僅為12.5μA，靜態(tài)消耗電流為1.5μA.
其DS2720其引腳功能:
pLS電池包的正端輸入
pS:系統(tǒng)(功率)開關(guān)撿測輸入，低電平有效。
DQ:數(shù)據(jù)輸入/輸出.
Cp:電量儲存容量.
CC:充電控制輸入
DC:放電控制輸出.
3有關(guān)充電與控制
DS2770的功能之一是利用簡單的限流型電源給電池充電,.通過控制外部pNp晶體管(Vp1(FMMT718型)和Vp2(4403型)，DS2770能以恒定電流給Li+或鋰聚合物基的電池包進行充電，直到電壓上升到廠沒定的4．1V或4．2V限值。然后，它以脈沖充電方式注滿電池。
DS2770還供應(yīng)了一·個輔助的充電終止控制，即當電池溫度超過+50℃或超過用戶設(shè)定的最大充電時間均能終止充電。要啟動充電，只需接·個限流型電源(最高15V)到chargesource端即可。4有關(guān)充電電量計數(shù)
DS2770也可用作一個高精度電量計。電流測量通過一個內(nèi)部的25mΩ測試電阻實現(xiàn)(見圖2所示)，其最低辨別率為62.5μA，動態(tài)范圍高達±2A的均勻電流。
在GSM／CDMA使用中，DS2770可十分容易地跟蹤放電電流，它內(nèi)部的自動補償功能可在芯片整個工作范圍之內(nèi)保持測量的精確度,并能對所累加的電流、電壓和溫度進行實時測量，再加上保存于DS2770內(nèi)EEpROM的電池特性數(shù)據(jù)，使得主系統(tǒng)解決器能夠精確計算出電量，同時僅消耗很少的系統(tǒng)資源。而且由于DS2770筆直由電池驅(qū)動，電量計數(shù)信息在電池包被拿開或由于保護性故障電源失效時不會被丟失。
5實時時鐘RTC
DS2415為主系統(tǒng)供應(yīng)了一個精度達2分鐘/月的RTC。它要一個32.768kHz／6pF的外部晶體連接到DS2415的Xl和X2引腳。由于DS2415筆直由電池供電，這是種結(jié)構(gòu)是其它充電器電路所沒有的優(yōu)點。而將DS2415時鐘置于MOSFET管的內(nèi)側(cè)，可以為主系統(tǒng)供應(yīng)一個高精度保障的時鐘，甚至當主系統(tǒng)電源失去時也可以保持正確的時間信息，免去了在主系統(tǒng)中新增超級電容或紐扣電池作為備用電源的麻煩。
DS2415引腳功能:
Vbat充電電壓輸入腳2.5v.-5.5v.
其它類似上述也標明.
6電池包信息的保存
DS2770含有40字節(jié)的EEpROM留給用戶訪問，而DS2720又額外新增了8個字節(jié)。電池包制造商可以利用這些空間保存相關(guān)的電池包信息，例如電池化學(xué)類型，組裝日期，用于電量計數(shù)的電池特有信息等,一旦寫入EEpROM將永久鎖定，甚至于當主系統(tǒng)電源丟失和ESD事件發(fā)生時仍能保證數(shù)據(jù)的完整性.此外，每個芯片具有一個唯一·的64位序列碼，以便于讓主系統(tǒng)或充電器識別。
結(jié)束語
按此辦法執(zhí)行的高性能鋰離子電池充電組合路--充電器其特點是操作簡單、成本低廉、性能優(yōu)異、安全可靠等。應(yīng)當說具有較高的性能價格比。