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單節聚合物鋰電池充電器設計方法思路

單節鋰聚合物電池正在變成便攜式和超便攜式應用的主要選擇。針對這一終端市場而開發的AAT3681A是一個高性能的電池充電器,設計用于從一個外部電源以高達300mA的電流對單節鋰離子/聚合物電池進行充電。這一充電電流可使用一個外部電阻在15mA到300mA的很寬范圍內進行定制。這就允許適配器/USB口在不同的應用中執行快速充電。它是一個獨立的充電解決方案,只需要一個外部元件就可以實現全部功能。這一器件可精確地為4.2V鋰離子/聚合物電池組調節電池充電電壓和電流。

聚合物鋰電池

該器件的額定工作溫度范圍為-40℃到+85℃。在某一給定的恒流充電水平下,當工作環境溫度超出了該器件封裝的功耗能力時,其充電控制將進入熱限制狀態。

該器件提供一個狀態監測輸出引腳,它可直接驅動一個外部LED來指示電池充電狀態。

器件結溫和充電狀態被充分監測,以防錯誤狀況發生。

AAT3681A實現了一個完整的保護系統。在過壓或過溫錯誤狀態發生時,該器件將自動關斷,以保護充電設備、控制系統和充電狀態下的電池。

充電操作

AAT3681A具有針對整個電池充電周期的四種基本充電模式:預充/涓流充電、恒流/快速充電、恒壓充電和充電終結。

電池預充

在充電開始前,為了確保一個安全的充電環境,AAT3681A會檢查幾個條件。輸入電源必須超過最小工作電壓或欠壓鎖定閾值,才能啟動充電順序。當這些條件都已得到滿足且電池連接到BAT引腳,AAT3681A就檢查電池的狀態。如果電池電壓低于預充電壓闌值,充電控制電路就開始對電池進行預充。電池預充涓流充電電流是快速充電恒流的十分之一。

例如,如果可編程快速充電電流是300mA,那么預充電流就是30mA。電池單元預充是針對深度放電電池單元的一種安全預防措施,它也有助于限制導通晶體管上的功耗,因為此時該器件上的電壓差是最大的。恒流充電電池單元預充一直持續到BAT引腳上的電壓超出預充電壓閾值。到達此點后,該器件開始恒流充電階段。恒流充電幅值由用戶通過設置電阻進行編程。AAT3681A一直保持恒流充電模式,一直到電池到達電壓調節點。

恒壓充電

在恒流快速充電階段,當電池電壓到達輸出充電調節值時,系統就進入恒壓充電模式。

調節電壓水平在出廠時設置為4.2V(?.5%)。恒壓模式下的充電電流掉下來,因為充電中的電池單元快到達其最大容量。充電周期終結和再充電順序

在恒壓模式下,當充電電流掉到快速充電電流的10%時,該器件就終止充電,并進入睡眠狀態。充電器將保持睡眠狀態,直到電池電壓降到電池再充電壓閾值以下。

由于在睡眠狀態下消耗非常低的電流,因此AAT3681A在不充電時可將電池泄露降到最低。這一特性對這樣一些應用來說特別有用,其輸入電源水平可能低于充電電池水平或欠壓鎖定水平。在這些情況下,當AAT3681A輸入電壓下降時,該器件將進入睡眠狀態,一旦輸入電源從錯誤狀態下恢復過來,它再自動恢復充電。

散熱考慮

AAT3681A采用sC70JW-8封裝,它能夠散發高達687mW的功率,當它被正確地安裝在PCB板上時,并具有最大160℃/W的熱阻。在設計PCB和安排該充電器IC與某一特定應用設計中的其它散熱器件的位置時,有許多因素應當加以考慮。

保護電路;過壓保護

一個過壓事件的定義為:BAT引腳上的電壓超過最大電池充電電壓,并被設定在過壓保護閾值。如果一個過壓事件發生,AAT3681A充電控制電路將關斷該器件,直到BAT引腳上的電壓掉到OVP電壓水平以下。AAT3681A在過壓狀態消除后,再恢復正常的充電操作。

保護電路;過熱關斷

AAT3681A有一個熱保護控制電路,一旦內部裸片溫度超過預置的熱限制闌值,它就關斷充電功能。一旦內部裸片溫度掉到熱限制以下,就自動恢復到以前的正常充電狀態。

充電電流的可編程性

用戶可借助一個放在ISET引腳與地之間的設置電阻編程設定恒流充電水平。快速充電精度和預充涓流充電電流,由使用的設置電阻的容差決定。因此,推薦采用1%容差的金屬薄膜電阻。快速充電恒流電流范圍從15mA到300mA。

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