三節(jié)／四節(jié)／五節(jié)／六節(jié)鋰電池充電管理icSLM6900

1、-作者xxxx-日期xxxx三節(jié)四節(jié)五節(jié)六節(jié)鋰電池充電管理ic SLM6900【精品文檔】三節(jié)四節(jié)五節(jié)六節(jié)鋰電池充電管理ic_ 特性l 寬電壓輸入范圍l 300KHz固定開(kāi)關(guān)頻率l 預(yù)設(shè)三節(jié)或四節(jié)鋰電池輸出電壓或充飽電壓通過(guò)外圍分壓電阻設(shè)置l 輸出電壓精度達(dá)到%l 充電狀態(tài)雙輸出、無(wú)電池和故障狀態(tài)顯示l 低電壓涓流充電功能l 軟啟動(dòng)限制了浪涌電流l 電池溫度監(jiān)測(cè)功能l 極高的防浪涌電壓能力l 采用帶散熱片的QFN3*3-16L封裝_ 應(yīng)用l 手持設(shè)備l 筆記本電腦l 便協(xié)式工業(yè)或醫(yī)療設(shè)備l 電動(dòng)工具l 鋰電池或磷酸鐵鋰電池_ 概述三節(jié)四節(jié)五節(jié)六節(jié)鋰電池充電管理 ic (SLM6900)是一款支

2、持多類型鋰電池或磷酸鐵鋰電池的充電電路，它預(yù)置了三節(jié)或四節(jié)鋰電池充電模式，同時(shí)，也支持通過(guò)外圍分壓電阻調(diào)節(jié)的其它輸出電壓模式。它是采用300KHz固定頻率的降壓型開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器，因此具有很高的充電效率，自身發(fā)熱量極小。包括完整的充電終止電路、自動(dòng)再充電和一個(gè)精確度達(dá)1.0%的充電電壓控制電路，內(nèi)部集成了輸入低電壓保護(hù)、輸出短路保護(hù)、電池溫度保護(hù)等多種功能。(SLM6900)采用QFN3*3-16L封裝，外圍應(yīng)用簡(jiǎn)單，作為大容量電池的高效充電器。_ 最大額定值l COMP：-0.3VVl VIN：-0.3V60V（瞬時(shí)）V30V（連續(xù)）ll BAT短路持續(xù)時(shí)間：連續(xù)l 最大結(jié)溫：145l 工作環(huán)境溫

3、度范圍：-4085l 貯存溫度范圍：-65125l 引腳溫度（焊接時(shí)間10秒）：260_ 引腳功能表 引腳名稱說(shuō)明1PVCC驅(qū)動(dòng)管驅(qū)動(dòng)電壓輸入2VCC芯片電源輸入3NCHRG電池充電指示4NSTDBY電池完成指示5NTC電池溫度檢測(cè)6SEL充飽電壓方案選擇7COMP環(huán)路穩(wěn)定性補(bǔ)償8FB電池電壓反饋9NC空腳10ISN充電電流檢測(cè)負(fù)端11ISP充電電流檢測(cè)正端12GND小信號(hào)地13PGND驅(qū)動(dòng)管驅(qū)動(dòng)地14GVC驅(qū)動(dòng)管柵電壓鉗位15NC空腳16DRV驅(qū)動(dòng)管柵驅(qū)動(dòng)_ 引腳說(shuō)明 PVCC、VCC(引腳1、2)：輸入電源電壓端。NCHRG(引腳3)：充電狀態(tài)指示端。當(dāng)充電器向電池充電時(shí)，該管腳被內(nèi)部開(kāi)關(guān)

4、拉至低電平，表示充電正在進(jìn)行；否則該管腳處于高阻態(tài)。NSTDBY(引腳4)：充電完成指示端。當(dāng)電池充電完成時(shí)，該管腳被內(nèi)部開(kāi)關(guān)拉至低電平，表示充電完成。否則該管腳處于高阻態(tài)。NTC(引腳5)：電池溫度檢測(cè)端，將此端接到電池的負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，若不用這功能，則懸空或接VCC，接地則關(guān)閉充電功能。SEL(引腳6)：電池輸出電壓方案選擇端。若此端接地，則選擇為三節(jié)鋰電池方案；若接VCC，則為四節(jié)鋰電池方案；若懸空，則電池電壓由外接分壓電阻決定。COMP(引腳7)：充電環(huán)路穩(wěn)定性補(bǔ)償端。接一個(gè)串聯(lián)的電阻和電容到地。FB(引腳8)：電池電壓反饋端。在SEL接GND或VCC時(shí)，可串聯(lián)電阻稍微提高充飽電

5、壓，以補(bǔ)償線路和電池內(nèi)阻損耗，在SEL懸空時(shí)，F(xiàn)B端固定為1.2V，由外接外壓電阻決定電池充飽電壓。ISN(引腳10)：充電電流檢測(cè)負(fù)端。將此端接到充電電流設(shè)置電阻的負(fù)端。ISP(引腳11)：充電電流檢測(cè)正端。將此端接到充電電流設(shè)置電阻的正端。GND、PGND(引腳12、13)：電源地。GVC(引腳14)：驅(qū)動(dòng)管柵電壓鉗位。此端跟。DRV(引腳16)：外接PMOS管柵極驅(qū)動(dòng)端。此端電壓被GVC鉗制在VCC-6.3V范圍之內(nèi)，使外接PMOS管可選用低VGS的型號(hào)，以提高充電效率，降低成本。引腳9、15為空腳，使用時(shí)可接地或懸空。_ 直流電特性(如無(wú)特別說(shuō)明，VIN=15V，TA = 25)符號(hào)參

6、數(shù)條件最小值典型值最大值單位VIN輸入電源電壓28VIcc輸入電源電流待機(jī)模式（充電終止）mA停機(jī)模式（VINVBAT或VINVUV，或CEL接地）35uAVFLOAT穩(wěn)定輸出（浮充）電壓SEL接地VSEL接高，VIN=20VVVFBSEL懸空VIBATBAT腳漏電流VBAT = VFLOATV1015uA停機(jī)模式（VINVBAT或VINVTRIKL，RS=0.05ohm，電流模式AITRIKL涓流充電電流VBATVTRIKL，RS=0.05ohm，電流模式550mAVTRIKL涓流充門限電壓VBAT上升（SEL接地）VVBAT上升，VIN=20V（SEL接高）VVBAT上升（SEL懸空）66

7、%VFBVTRHYS涓流充電遲滯電壓60100150mVVUVVIN欠壓閉鎖門限從VIN低至高VVUV_HYSVIN欠壓閉鎖遲滯400mVVASDVIN-VBAT閉鎖門限電壓VIN從低至高50250350mVVIN從高到低20150250mVITERM充電終止電流門限100200300mAVNCHRGNCHRG引腳輸出低電壓INCHRG=5mAVVNSTDBYNSTDBY引腳輸出低電平INSTDBY=5mAVINTCNTC腳電流455055uAVNTCHNTC腳高端翻轉(zhuǎn)電壓VVNTCH_HYSNTC腳高端翻轉(zhuǎn)電壓遲滯100mVVNTCLNTC腳低端翻轉(zhuǎn)電壓190mVVNTCL_HYSNTC腳低

8、端翻轉(zhuǎn)電壓遲滯40mVVRECHRG再充電電池門限電壓SEL接低450mVSEL接高，VIN=20V600mVSEL懸空%VFBfOSC振蕩頻率250300350KHzDMAX最大占空比95%VDRV-HDRV高電平VCC-VDRV60mVVDRV-LDRV低電平VCC-VDRVVtrDRV上升時(shí)間CLOAD=nF30nstfDRV下降時(shí)間CLOAD=nF30nstSS軟啟動(dòng)時(shí)間30mstRECHRG再充電比較器濾波時(shí)間10mstTERM充飽截止比較器濾波時(shí)間10ms設(shè)定電阻器和充電電流采用下列公式來(lái)計(jì)算： RS=0.12 / IBAT（電流單位A，電阻單位）舉例：需要設(shè)置充電電流1.2WWR

9、SIBAT ohm1.2A ohm1.8A ohm2.4A ohm3.6A表1. RS與充電電流對(duì)應(yīng)關(guān)系_ 充電終止 當(dāng)充電電流在達(dá)到最終充滿電壓之后降至約ITERM時(shí)，充電循環(huán)被終止。芯片內(nèi)部含有充電電壓電流監(jiān)測(cè)模塊，當(dāng)監(jiān)測(cè)到充電電壓達(dá)到VFLOAT，充電電流低于ITERM時(shí)，SLM6900即終止充電循環(huán)，在這種狀態(tài)下，BAT引腳上的所有負(fù)載都必須由電池來(lái)供電。在充滿待機(jī)模式中，SLM6900對(duì)BAT引腳電壓進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控。如果該引腳電壓降到比VFLOAT電壓低VRECHRG的再充電門限以下時(shí)，則另一個(gè)充電循環(huán)開(kāi)始并再次向電池供應(yīng)電流。_ 充電狀態(tài)指示SLM6900有兩個(gè)漏極開(kāi)路狀態(tài)指示輸出端

10、，NCHRG和NSTDBY，一般情況下，NCHRG接紅燈，NSTDBY接綠燈。當(dāng)充電器處于充電狀態(tài)時(shí)，NCHRG被拉至低電平，NSTDBY處于高阻態(tài)，即紅燈亮，綠燈不亮；當(dāng)處于充飽狀態(tài)時(shí)，NSTDBY被拉至低電平，NCHRG處于高阻態(tài)，綠燈亮，紅燈不亮；當(dāng)充電狀態(tài)異常時(shí)，NCHRG和NSTDBY都處于高阻態(tài)，雙燈均不亮。_ 工作原理SLM6900 是一款支持多類型鋰電池或磷酸鐵鋰電池的充電電路，它預(yù)置了三節(jié)或四節(jié)鋰電池充電模式，同時(shí)，也支持通過(guò)外圍分壓電阻調(diào)節(jié)的其它輸出電壓模式。它是采用300KHz固定頻率的同步降壓型轉(zhuǎn)換器，具有極高的充電效率，支持大功率充電，自身發(fā)熱量極小。 SLM6900

11、包含兩個(gè)漏極開(kāi)路輸出的狀態(tài)指示端，充電狀態(tài)指示端NCHRG和充電滿狀態(tài)指示端NSTDBY。 當(dāng)輸入電壓大于電源低電壓檢測(cè)閾值，SLM6900開(kāi)始對(duì)電池充電，NCHRG管腳輸出低電平，表示充電正在進(jìn)行。如果電池電壓低于VTRIKL，充電器用小電流對(duì)電池進(jìn)行涓流預(yù)充電。恒流模式對(duì)電池充電時(shí)，充電電流由電阻RS確定。當(dāng)電池電壓接近VFLOAT時(shí)，充電電流將逐漸減小，SLM6900進(jìn)入恒壓模式。當(dāng)充電電流減小到充電結(jié)束閾值時(shí)，充電周期結(jié)束，NCHRG端輸出高阻態(tài)，NSTDBY端輸出低電平。充電截止電流閾值是ITERM。 當(dāng)電池電壓降到再充電閾值以下時(shí)，SLM6900自動(dòng)開(kāi)始新的充電周期。芯片內(nèi)部的高精

12、度的電壓基準(zhǔn)源，誤差放大器和電阻分壓網(wǎng)絡(luò)確保電池端調(diào)制電壓的精度在1%以內(nèi)，滿足了鋰離子電池和鋰聚合物電池精確充電的要求。當(dāng)輸入電壓掉電或者輸入電壓低于電池電壓時(shí)，充電器進(jìn)入低功耗的睡眠模式，電池端消耗的電流小于15uA，從而增加了待機(jī)時(shí)間。_ 充電電流的設(shè)定電池充電的電流IBAT ，由連接在VS端及BAT端的外部電流檢測(cè)電阻Rs確定，其阻值與IBAT的關(guān)系如表1所示。Rs可由該電阻兩端的調(diào)整閾值電壓VS和恒流充電電流的比值來(lái)確定，恒流狀態(tài)下Rs兩端的電壓為120mV。當(dāng)電池未接時(shí)，NCHRG腳輸出脈沖。當(dāng)BAT管腳的外接電容為10uF時(shí)NCHRG閃爍頻率約1-4Hz。當(dāng)不需要指示功能時(shí)，將不

13、用的狀態(tài)指示輸出接到地。充電狀態(tài)紅燈NCHRG綠燈NSTDBY充電亮滅電池充滿滅亮欠壓，電池溫度過(guò)高或過(guò)低，電池短路滅滅電池未連接，BAT腳連接10uF電容綠燈亮，紅燈閃爍F=14 Hz表2：充電狀態(tài)與指示燈對(duì)應(yīng)關(guān)系_ 電池溫度監(jiān)測(cè)為了防止溫度過(guò)高或者過(guò)低對(duì)電池造成損壞，SLM6900內(nèi)部集成有電池溫度監(jiān)測(cè)電路。電池溫度監(jiān)測(cè)通過(guò)監(jiān)測(cè)緊貼電池的負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻實(shí)現(xiàn)。該熱敏電阻連接在NTC與GND之間。芯片內(nèi)部，NTC管腳連接到兩個(gè)電壓比較器的輸入端，其低電壓閾值為190mV，對(duì)應(yīng)正常溫度范圍的上限溫度點(diǎn)；高電壓閾值為1.46V，對(duì)應(yīng)正常溫度范圍的下限溫度點(diǎn)。如果NTC管腳的電壓處于這個(gè)范圍之

14、內(nèi)，則芯片正常充電，否則表示電池的溫度太高或者太低，充電過(guò)程將被暫停。NTC管腳的上拉電流為50uA，所以負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻值在25是應(yīng)該為10K，在上限溫度點(diǎn)時(shí)其值約為3.8K（約對(duì)應(yīng)52），下限溫度點(diǎn)時(shí)其值約為29K（約對(duì)應(yīng)-1）。用戶可以根據(jù)具體需要選擇合適的型號(hào)。如果需要調(diào)整上限溫度或下限溫度保護(hù)點(diǎn)，用戶可以通過(guò)同熱敏電阻并聯(lián)或串聯(lián)一個(gè)普通電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果電池溫度監(jiān)測(cè)功能不需要，可以使NTC腳懸空，或者接到VIN。_片外功率管選擇 SLM6900的DRV管腳用于驅(qū)動(dòng)片外功率型PMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管。該P(yáng)MOS管的性能，會(huì)直接影響到電池的充電效率和穩(wěn)定性。SLM6900內(nèi)部設(shè)有PMOS晶

15、體管柵電壓鉗位電路，能把片外功率管的柵電壓開(kāi)啟電壓VGS鉗制在6.5V左右，因此，片外功率管可以選用低VGS的型號(hào)，而不用擔(dān)心由于輸入電壓遠(yuǎn)超柵耐壓而損壞外設(shè)。一般情況下，低VGS型號(hào)的MOS管，具有更低的價(jià)格和更高的導(dǎo)通性能，從而使充電效率更高。_輸入、輸出電容輸入和輸出的電容直接會(huì)影響到充電電路工作的穩(wěn)定性。輸入電容對(duì)輸入電壓起濾波作用，需要吸收SLM6900工作時(shí)PMOS管開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的較大紋波電流，因此輸入電容必須要有足夠的濾波能力。建議用多個(gè)低ESR的陶瓷電容并聯(lián)，以獲得更好的濾波效果。輸出電容可以降低輸出端的紋波電壓、改善瞬態(tài)特性，一般情況下，10uF22uF的陶瓷電容即可滿足應(yīng)用要求

16、。_PCB布板考慮良好的PCB設(shè)計(jì)對(duì)于保證SLM6900充電電路長(zhǎng)期穩(wěn)定工作非常重要。SLM6900在充電時(shí)，DRV腳處于不斷的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，為了使EMI最小，輸入電容、片外PMOS場(chǎng)效應(yīng)管、兩個(gè)肖特基二極管、電感等的走線必須盡可能短，輸入電容應(yīng)該靠近PMOS管的源極。同時(shí)為了減小開(kāi)關(guān)紋波對(duì)SLM6900的干擾，在VIN與GND之間也應(yīng)該布一個(gè)電容，這個(gè)電容要靠近SLM6900。連接COMP引腳的補(bǔ)償電容應(yīng)該在SLM6900的GND返回或離它盡可能近，這樣會(huì)防止GND、PGND噪聲擾亂環(huán)路的穩(wěn)定性。作為電流檢測(cè)腳，ISP和ISN應(yīng)該直接接到RS電阻兩端，以獲得最精確的充電電流監(jiān)測(cè)結(jié)果。SLM690

17、0芯片本身發(fā)熱量極小，但是片外功率型器件如PMOS、二極管、電感等，會(huì)在大功率充電時(shí)產(chǎn)生較大的熱量，PCB板的面積必須考慮要擁有足夠的散熱能力，以滿足長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定可靠的工作。_電感選擇 為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定性，在預(yù)充電和恒流充電階段，系統(tǒng)需要保證工作在連續(xù)模式（CCM）。根據(jù)電感電流公式： 其中I為電感紋波、FS為開(kāi)關(guān)頻率，為了保證在預(yù)充電和恒流充電均處于CCM模式，I取預(yù)充電電流值，即為恒流充電的1/10，根據(jù)輸入電壓要求可以計(jì)算出電感值。 電感取值10uH20uH。 電感額定電流選用大于充電電流，內(nèi)阻較小的功率電感，同時(shí)為保證有較低的電磁輻射，電感最好為貼片式屏蔽電感。 _二極管選擇 典型應(yīng)用圖中的D1和D2均為肖特基二極管。D1的作為是防止電池電流反灌到輸入端，D2是電感的續(xù)流二極管。這兩個(gè)二極管的電流能力均至少要比充電