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

1、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固定開關頻率l 預設三節(jié)或四節(jié)鋰電池輸出電壓或充飽電壓通過外圍分壓電阻設置l 輸出電壓精度達到1.0%l 充電狀態(tài)雙輸出、無電池和故障狀態(tài)顯示l 低電壓涓流充電功能l 軟啟動限制了浪涌電流l 電池溫度監(jiān)測功能l 極高的防浪涌電壓能力l 采用帶散熱片的QFN3*3-16L封裝_ 應用l 手持設備l 筆記本電腦l 便協(xié)式工業(yè)或醫(yī)療設備l 電動工具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)是一款支持多類型鋰電池或磷酸鐵鋰電池的充電電路，它預置了三節(jié)或四節(jié)鋰電池充電模式，同時，也支

2、持通過外圍分壓電阻調(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關轉換器，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、自動再充電和一個精確度達1.0%的充電電壓控制電路，內(nèi)部集成了輸入低電壓保護、輸出短路保護、電池溫度保護等多種功能。(SLM6900)采用QFN3*3-16L封裝，外圍應用簡單，作為大容量電池的高效充電器。_ 最大額定值l COMP：-0.3V7.5Vl VIN：-0.3V60V（瞬時）-0.3V30V（連續(xù)）l 其它腳：-0.3VVIN+0.3Vl BAT短路持續(xù)時間：連續(xù)l 最大結溫：145l 工作環(huán)境溫度范圍：-4085l 貯存溫度范圍

3、：-65125l 引腳溫度（焊接時間10秒）：260_ 引腳功能表 引腳名稱說明1PVCC驅動管驅動電壓輸入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6SEL充飽電壓方案選擇7COMP環(huán)路穩(wěn)定性補償8FB電池電壓反饋9NC空腳10ISN充電電流檢測負端11ISP充電電流檢測正端12GND小信號地13PGND驅動管驅動地14GVC驅動管柵電壓鉗位15NC空腳16DRV驅動管柵驅動_ 引腳說明 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。當充電器向電池充電時，該管腳被內(nèi)部開關拉至低電平，表示充電正在進行；否則

4、該管腳處于高阻態(tài)。NSTDBY(引腳4)：充電完成指示端。當電池充電完成時，該管腳被內(nèi)部開關拉至低電平，表示充電完成。否則該管腳處于高阻態(tài)。NTC(引腳5)：電池溫度檢測端，將此端接到電池的負溫度系數(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)定性補償端。接一個串聯(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，可串聯(lián)電阻稍微提高充飽電壓，以補償線路和電池內(nèi)阻損耗，在S

5、EL懸空時，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)：充電電流檢測負端。將此端接到充電電流設置電阻的負端。ISP(引腳11)：充電電流檢測正端。將此端接到充電電流設置電阻的正端。GND、PGND(引腳12、13)：電源地。GVC(引腳14)：驅動管柵電壓鉗位。此端跟VCC之間接個100nF的電容，使外接驅動管柵電壓鉗制在不低于VCC-6.3V的范圍內(nèi)。DRV(引腳16)：外接PMOS管柵極驅動端。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，以提高充電效率，降低成本。引腳9、15為空腳，使用時可接地或懸空。_ 直流電特性(

6、如無特別說明，VIN=15V，TA = 25)符號參數(shù)條件最小值典型值最大值單位VIN輸入電源電壓4.528VIcc輸入電源電流待機模式（充電終止）0.751.5mA停機模式（VINVBAT或VINVUV，或CEL接地）35uAVFLOAT穩(wěn)定輸出（浮充）電壓SEL接地12.4712.6012.73VSEL接高，VIN=20V16.6316.8016.97VVFBSEL懸空1.1881.201.212VIBATBAT腳漏電流VBAT = VFLOAT + 0.2V1015uA停機模式（VINVBAT或VINVTRIKL，RS=0.05ohm，電流模式2.22.42.6AITRIKL涓流充電電流

7、VBATVTRIKL，RS=0.05ohm，電流模式550mAVTRIKL涓流充門限電壓VBAT上升（SEL接地）8.4VVBAT上升，VIN=20V（SEL接高）11.2VVBAT上升（SEL懸空）66%VFBVTRHYS涓流充電遲滯電壓60100150mVVUVVIN欠壓閉鎖門限從VIN低至高7.2VVUV_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RS=0.05ohm100200300mAVNCHRGNCHRG引腳輸出低電壓INCHRG=5mA0.30.6VVNSTD

8、BYNSTDBY引腳輸出低電平INSTDBY=5mA0.30.6VINTCNTC腳電流455055uAVNTCHNTC腳高端翻轉電壓1.46VVNTCH_HYSNTC腳高端翻轉電壓遲滯100mVVNTCLNTC腳低端翻轉電壓190mVVNTCL_HYSNTC腳低端翻轉電壓遲滯40mVVRECHRG再充電電池門限電壓SEL接低450mVSEL接高，VIN=20V600mVSEL懸空3.6%VFBfOSC振蕩頻率250300350KHzDMAX最大占空比95%VDRV-HDRV高電平VCC-VDRV60mVVDRV-LDRV低電平VCC-VDRV6.57.5VtrDRV上升時間CLOAD=1.5n

9、F30nstfDRV下降時間CLOAD=1.5nF30nstSS軟啟動時間30mstRECHRG再充電比較器濾波時間10mstTERM充飽截止比較器濾波時間10ms設定電阻器和充電電流采用下列公式來計算： RS=0.12 / IBAT（電流單位A，電阻單位）舉例：需要設置充電電流1.2A，帶入公式計算得Rs=0.1WWRSIBAT0.1 ohm1.2A0.067 ohm1.8A0.05 ohm2.4A0.033 ohm3.6A表1. RS與充電電流對應關系_ 充電終止 當充電電流在達到最終充滿電壓之后降至約ITERM時，充電循環(huán)被終止。芯片內(nèi)部含有充電電壓電流監(jiān)測模塊，當監(jiān)測到充電電壓達到VF

10、LOAT，充電電流低于ITERM時，SLM6900即終止充電循環(huán)，在這種狀態(tài)下，BAT引腳上的所有負載都必須由電池來供電。在充滿待機模式中，SLM6900對BAT引腳電壓進行連續(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，則另一個充電循環(huán)開始并再次向電池供應電流。_ 充電狀態(tài)指示SLM6900有兩個漏極開路狀態(tài)指示輸出端，NCHRG和NSTDBY，一般情況下，NCHRG接紅燈，NSTDBY接綠燈。當充電器處于充電狀態(tài)時，NCHRG被拉至低電平，NSTDBY處于高阻態(tài)，即紅燈亮，綠燈不亮；當處于充飽狀態(tài)時，NSTDBY被拉至低電平，NCHRG處于高阻態(tài)，綠燈亮，

11、紅燈不亮；當充電狀態(tài)異常時，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，它預置了三節(jié)或四節(jié)鋰電池充電模式，同時，也支持通過外圍分壓電阻調(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包含兩個漏極開路輸出的狀態(tài)指示端，充電狀態(tài)指示端NCHRG和充電滿狀態(tài)指示端NSTDBY。 當輸入電壓大于電源低電壓檢測閾值，SLM6900開始對電池充電，NCHRG管腳輸出低電平，表示充電正在進行。如果電池電壓低于VTRIKL，充電器用小電流

12、對電池進行涓流預充電。恒流模式對電池充電時，充電電流由電阻RS確定。當電池電壓接近VFLOAT時，充電電流將逐漸減小，SLM6900進入恒壓模式。當充電電流減小到充電結束閾值時，充電周期結束，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。 當電池電壓降到再充電閾值以下時，SLM6900自動開始新的充電周期。芯片內(nèi)部的高精度的電壓基準源，誤差放大器和電阻分壓網(wǎng)絡確保電池端調(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。當輸入電壓掉電或者輸入電壓低于電池電壓時，充電器進入低功耗的睡眠模式，電池端消耗的電流小于15uA，從而增加了待機時間。_

13、 充電電流的設定電池充電的電流IBAT ，由連接在VS端及BAT端的外部電流檢測電阻Rs確定，其阻值與IBAT的關系如表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確定，恒流狀態(tài)下Rs兩端的電壓為120mV。當電池未接時，NCHRG腳輸出脈沖。當BAT管腳的外接電容為10uF時NCHRG閃爍頻率約1-4Hz。當不需要指示功能時，將不用的狀態(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，電池溫度過高或過低，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)與指示燈對應關系_ 電池溫度監(jiān)測為了防止溫度

14、過高或者過低對電池造成損壞，SLM6900內(nèi)部集成有電池溫度監(jiān)測電路。電池溫度監(jiān)測通過監(jiān)測緊貼電池的負溫度系數(shù)的熱敏電阻實現(xiàn)。該熱敏電阻連接在NTC與GND之間。芯片內(nèi)部，NTC管腳連接到兩個電壓比較器的輸入端，其低電壓閾值為190mV，對應正常溫度范圍的上限溫度點；高電壓閾值為1.46V，對應正常溫度范圍的下限溫度點。如果NTC管腳的電壓處于這個范圍之內(nèi)，則芯片正常充電，否則表示電池的溫度太高或者太低，充電過程將被暫停。NTC管腳的上拉電流為50uA，所以負溫度系數(shù)的熱敏電阻值在25是應該為10K，在上限溫度點時其值約為3.8K（約對應52），下限溫度點時其值約為29K（約對應-1）。用戶可

15、以根據(jù)具體需要選擇合適的型號。如果需要調(diào)整上限溫度或下限溫度保護點，用戶可以通過同熱敏電阻并聯(lián)或串聯(lián)一個普通電阻來實現(xiàn)。如果電池溫度監(jiān)測功能不需要，可以使NTC腳懸空，或者接到VIN。_片外功率管選擇 SLM6900的DRV管腳用于驅動片外功率型PMOS場效應晶體管。該PMOS管的性能，會直接影響到電池的充電效率和穩(wěn)定性。SLM6900內(nèi)部設有PMOS晶體管柵電壓鉗位電路，能把片外功率管的柵電壓開啟電壓VGS鉗制在6.5V左右，因此，片外功率管可以選用低VGS的型號，而不用擔心由于輸入電壓遠超柵耐壓而損壞外設。一般情況下，低VGS型號的MOS管，具有更低的價格和更高的導通性能，從而使充電效率更

16、高。_輸入、輸出電容輸入和輸出的電容直接會影響到充電電路工作的穩(wěn)定性。輸入電容對輸入電壓起濾波作用，需要吸收SLM6900工作時PMOS管開關產(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用要求。_PCB布板考慮良好的PCB設計對于保證SLM6900充電電路長期穩(wěn)定工作非常重要。SLM6900在充電時，DRV腳處于不斷的開關狀態(tài)，為了使EMI最小，輸入電容、片外PMOS場效應管、兩個肖特基二極管、電感等的走線必須盡可能短，輸入電容應該

17、靠近PMOS管的源極。同時為了減小開關紋波對SLM6900的干擾，在VIN與GND之間也應該布一個電容，這個電容要靠近SLM6900。連接COMP引腳的補償電容應該在SLM6900的GND返回或離它盡可能近，這樣會防止GND、PGND噪聲擾亂環(huán)路的穩(wěn)定性。作為電流檢測腳，ISP和ISN應該直接接到RS電阻兩端，以獲得最精確的充電電流監(jiān)測結果。SLM6900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，會在大功率充電時產(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，以滿足長時間穩(wěn)定可靠的工作。_電感選擇 為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定性，在預充電和恒流充電階段，系統(tǒng)需要保證工作

18、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為開關頻率，為了保證在預充電和恒流充電均處于CCM模式，I取預充電電流值，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。這兩個二極管的電流能力均至少要比充電電流大，耐壓也要大于最高輸入電壓。如果不用防反灌二極管D1，充電電路也能正常工作，并且由于減去了D1上的功耗，充電效率會更高，但是由于無防反灌功能，在VIN不接時，會有40uA的漏電流從電池通過片外PMOS管流入到VIN，這會