采用ADP3810的鋰離子電池具有高精度電壓輸出

鋰離子（Li-Ion）電池在便攜式系統(tǒng)中越來越受歡迎，因為它們具有與舊式NiCad和NiMH化學(xué)品相同尺寸和重量的增加容量。例如，配備有鋰離子電池的便攜式計算機(jī)可以比配備有鎳氫電池的類似計算機(jī)具有更長的操作時間。但是，設(shè)計鋰離子電池系統(tǒng)需要特別注意充電電路，以確?？焖?，安全和完整的電池充電。

新型電池充電IC ADP3810專門設(shè)計用于控制1至4節(jié)鋰離子電池的充電量。提供四種高精度固定最終電池電壓選項（4.2 V，8.4 V，12.6 V和16.8 V）;他們保證±1％的最終電池電壓規(guī)格對鋰離子電池充電非常重要。配套器件ADP3811與ADP3810類似，但其最終電池電壓可由用戶編程，以適應(yīng)其他類型的電池。兩個IC都精確地控制充電電流，以實現(xiàn)1安培或更高電流的快速充電。此外，它們都具有精密2.0V基準(zhǔn)電壓源和直接光耦合器驅(qū)動輸出，適用于隔離應(yīng)用。

鋰離子充電：鋰離子電池通常需要恒流，恒壓（CCCV）型充電算法。換句話說，鋰離子電池應(yīng)以設(shè)定電流水平（通常為1至1.5安培）充電，直至達(dá)到其最終電壓。此時，充電器電路應(yīng)切換到恒定電壓模式，并提供將電池保持在此最終電壓所需的電流（通常為每個電池4.2 V）。因此，充電器必須能夠提供穩(wěn)定的控制回路以便維持根據(jù)電池的狀態(tài)，電流或電壓是恒定值。

充電鋰離子電池的主要挑戰(zhàn)是實現(xiàn)電池的全部容量而不會過度充電，這可能會導(dǎo)致災(zāi)難性的失敗。誤差很小，只有±1％。過度充電超過+ 1％可能導(dǎo)致電池故障，但充電不足超過1％會導(dǎo)致容量降低。例如，鋰離子電池充電電量僅為100 mV（4.2 V鋰離子電池為-2.4％），導(dǎo)致容量損失約10％。由于誤差空間很小，因此充電控制電路需要高精度。為了達(dá)到這個精度，控制器必須具有精密電壓基準(zhǔn)，低偏移高增益反饋放大器和精確匹配的電阻分壓器。 。所有這些元件的組合誤差必然導(dǎo)致整體誤差小于±1％。結(jié)合這些元件的ADP3810可確保±1％的整體精度，使其成為鋰離子充電的絕佳選擇。

ADP3810和ADP3811：圖1顯示了簡化CCCV充電器電路中ADP3810 / 3811的功能框圖。兩個“ g m ”放大器（電壓輸入，電流輸出）是IC性能的關(guān)鍵。 GM1通過分流電阻R CS 檢測和控制電荷電流，GM2檢測并控制最終電池電壓。它們的輸出連接在模擬“或”配置，兩者都設(shè)計成它們的輸出只能拉起公共COMP節(jié)點。因此，電流放大器或電壓放大器在任何給定時間都控制充電回路.COMP節(jié)點是由“ g m ”輸出級（GM3）緩沖，其輸出電流直接驅(qū)動DC-DC轉(zhuǎn)換器控制輸入（通過隔離應(yīng)用中的光耦合器） ）。

ADP3810包含精密薄膜電阻，可精確分壓電池電壓，并將其與內(nèi)部2.0V基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。 ADP3811不包括這些電阻，因此設(shè)計人員可以根據(jù)下面的公式使用外部電阻對對任何最終電池電壓進(jìn)行編程。緩沖放大器提供高阻抗輸入，使用VCTRL輸入對充電電流進(jìn)行編程，欠壓鎖定（UVLO）電路確保平穩(wěn)啟動。

了解“OR”配置，假設(shè)完全放電的電池插入充電器。電池的電壓遠(yuǎn)低于最終充電電壓，因此GM2的VSENSE輸入（連接到電池）使GM2的正輸入遠(yuǎn)低于內(nèi)部2.0V參考電壓。在這種情況下，GM2想要將COMP節(jié)點拉低，但它只能拉高，因此它對COMP節(jié)點沒有影響。由于電池耗盡，充電器開始增加充電電流，電流環(huán)路得到控制。充電電流在0.25歐姆電流分流電阻（RCS）上產(chǎn)生負(fù)電壓。 GM1通過20kΩ電阻（R3）檢測該電壓。在平衡時，（ I CHARGE R CS ）/ R 3 = -V CTRL / 80 kohms。因此，充電電流保持在

如果充電電流趨于超過編程電平，則GM1的V CS 輸入被強(qiáng)制為負(fù)，從而驅(qū)動輸出GM1高電平。這反過來拉起COMP節(jié)點，增加輸出級的電流，減少dc / dc轉(zhuǎn)換器模塊的驅(qū)動（可以用各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實現(xiàn)，如反激，降壓或線性級） ，最后，降低充電電流。這種負(fù)反饋完成了充電電流控制環(huán)路。

當(dāng)電池接近其最終電壓時，GM2的輸入達(dá)到平衡?，F(xiàn)在GM2將COMP節(jié)點拉高并且輸出電流增加，導(dǎo)致充電電流減小，保持 V SENSE 和 V REF 相等。充電回路的控制已從GM1變?yōu)镚M2。由于兩個放大器的增益非常高，從電流到電壓控制的過渡區(qū)域非常尖銳，如圖2所示。該數(shù)據(jù)是在圖3的離線充電器的10V版本上測量的。

完整的離線鋰離子充電器圖3顯示了使用ADP3810 / 3811的完整充電系統(tǒng)。這款離線式充電器采用經(jīng)典的反激式架構(gòu)，可實現(xiàn)緊湊，低成本的設(shè)計。該電路的三個主要部分是初級側(cè)控制器，功率FET和反激式變壓器以及次級側(cè)控制器。此設(shè)計使用直接連接到電池的ADP3810為2節(jié)鋰離子電池充電在0.1至1A的可編程充電電流下，輸入電壓范圍為70至220 V.這里使用的初級側(cè)脈沖寬度調(diào)制器是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)3845，但也可以使用其他PWM組件。 。充電器的實際輸出規(guī)格由ADP3810 / 3811控制，保證最終電壓在±1％以內(nèi)。

ADP3810 / 3811控制輸出的電流驅(qū)動直接連接到照片 - 沒有附加電路的光耦合器的二極管。其4 mA輸出電流能力可驅(qū)動各種光耦合器 - 此處使用MOC8103。光電晶體管的電流流過R F ，設(shè)置3845 COMP引腳的電壓，從而控制PWM占空比。受控開關(guān)穩(wěn)壓器的設(shè)計使得來自光耦合器的增加的LED電流減少了轉(zhuǎn)換器的占空比。

來自ADP3810 / 3811的信號控制平均電荷電流，初級側(cè)應(yīng)具有開關(guān)電流的逐周期限制。必須設(shè)計該電流限制，使得在次級電路或光耦合器出現(xiàn)故障或故障的情況下，或者在啟動期間，主電源電路組件（FET和變壓器）不會過度應(yīng)力。當(dāng)次級側(cè)V CC 升至2.7 V以上時，ADP3810 / 3811接管并控制平均電流。初級側(cè)電流限制由連接在功率NMOS晶體管，IRFBC30和地之間的1.6歐姆電流檢測電阻設(shè)置。

二次側(cè)核心ADP3810 / 3811設(shè)定充電器的整體精度。整流只需要一個二極管（MURD320），不需要濾波電感。當(dāng)輸入電源斷開時，二極管還可以防止電池反向驅(qū)動充電器。當(dāng)沒有電池時，1000μF電容（CF1）可以保持穩(wěn)定性。 RCS檢測平均電流（見上文），ADP3810直接連接（或通過分壓器的ADP3811）到電池，以檢測和控制其電壓。

使用此電路，完整的離線Li-實現(xiàn)了離子電池充電器。反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將AC / DC轉(zhuǎn)換器與充電器電路相結(jié)合，實現(xiàn)了緊湊，低成本的設(shè)計。該系統(tǒng)的精度取決于二次側(cè)控制器ADP3810 / 3811。該器件的架構(gòu)也適用于其他電池充電電路。例如，通過配對ADP3810和ADP1148，可以輕松設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)DC-DC降壓型充電器。簡單的線性充電器也可以僅使用ADP3810和外部傳輸晶體管進(jìn)行設(shè)計。在所有情況下，ADP3810的固有精度控制著充電器，并保證鋰離子充電所需的最終電池電壓為±1％。