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多功能AAT3680锂电池线性充电控制器

AAT3680是美国研诺逻辑科技有限公司(www.analogictech.com)生产的多功能锂电池线性充电管理芯片, 特别为低成本的手提产品应用而设计,适用于手机、PDA、数码相机及手持仪器的台式充电器(座充)对锂电池充电管理的需要。AAT3680特备2倍涓流充电功能,有一个脚专用于2倍涓流充电控制,适用于需要调整充电电压和电流的电池。电池充电的温度和充电状态全程监控,当发生过流、短路和过温时,AAT3680将自动关闭,从而保护充电器件和电池。使用AAT3680设计充电器外围电路十分简单,非常适合于便携式电子产品的紧凑设计需要。

  AAT3680有8脚 MSOP、TSSOP或SOP封装;充电电压VCH为配合各种锂电池、一个或两个锂电池的不同需要,出厂预置有4.1V、4.2V、8.2V、8.4V;适用于-20~+70℃温度范围。


AAT3680内部架构
  AAT3680是一个高集成、智能化的片上系统(SOC),由图1 可以看到它由读取使能微控制器、2倍涓流充电控制器、电流环误差放大器、电压环误差放大器、电压比较器、温度感测比较器、环路选择和多工驱动器、充电状态逻辑控制器、状态发生器、多工器、LED信号发生器、MOSFET、基准电压、电源开机复位、欠电压锁定、过流/短路保护等十多个不同功能的IC整合在一个晶元上。

AAT3680主要特性
  ● 4.5~15V输入电压范围
  ● 低的静态工作电流,典型值为0.5mA
  ● 可编程充电电流
  ● 自动程控充电
  ● 电池温度监测
  ● 过温保护快速充电选择
  ● 电池过放电涓流调整
  ● 电池充满自动转换至关机/休眠模式
  ● 过压、过流、过温保护
  ● 上电复位
  ● LED充电状态输出或系统微控制器串行接口
  ● -20~+70℃温度范围
  ● 8脚 MSOP、TSSOP或SOP封装

表1 AAT3680引脚功能

SOP、TSSOP封装
MSOP封装
符号
功能
1
2
CSI
监控电源输入
2
8
BAT
电池电压输入
3
1
VP
电源输入
4
2
TS
电池温度监测输入
5
3
STAT
电池充电状况输出
  
 
 
从STAT到VP串联一个LED和2.2kΩ电阻可监视
电池充电状况
6
4
VSS
共模地
7
5
DRV
电源充电控制输出
8
6
TX2
2倍电池涓流充电控制输出
 
 
 
连接TX2到VSS,双倍电池涓流充电电流,断开则
是常规涓流充电电流,断开则是常规涓流充电


AAT3680充电器工作流程
  电源接通上电复位,检测供电是否欠电压,如供电电压不足(<4.0V),欠电压锁定,即进入关机模式;如供电电压正常,则对电池包进行温度测试,温度过高,温度故障,则返回上一程式,输出报警;如电池包温度正常,自动作充电模式予先调整测试,VMIN>VBAT,采用低电流充电模式;当VBAT>VMIN,进行电流状态测试,VMAX>VBAT,采用恒流充电模式;VMAX


AAT3680涓流充电
  当锂电池的初始电压很低时或锂电池在充电过程中升温太快时,自动改用微小电流的涓流充电模式,既可保护锂电池又可有效降低充电中的锂电池温度。涓流电流是正常可调节充电电流的10%。AAT3680特有的2倍涓流充电功能可以在安全模式下缩短涓流充电时间。连接TX2脚到VSS,即可获得一个是常规涓流充电电流2倍的快速涓流充电功能。利用MCU可以设计编制涓流、2倍涓流、恒流、恒压充电程控。


AAT3680充电过程
  AAT3680的锂电池充电曲线如图3所示,充电开始时如电池电压过低,则先采用涓流充电,当锂电池具有一定电流、电压,即进入恒流充电模式,锂电池的电压逐渐升高,当锂电池电压升高到4.0V(VCH=4.1V)或4.1V(VCH=4.2V)时转入恒压充电模式,充电电流逐渐减少,当电压、电流都已达到预置目标值时,充电过程结束。

AAT3680充电状态输出
  AAT3680经由STAT功能脚提供一个电池充电状态输出,其特点是一个开放的串行数据输出,可以输出显示五种不同状态功能。将STAT脚通过一个LED和VP连接,AAT3680每次输出一组有四个周期长的信息,可以表达电池充电的某一状态。通常情况下,每一个输出周期长1秒,因而一组状态信息需要4秒的时间通过一个LED去显示。可以用LED亮暗来显示休眠/充满、温度故障、充电调整、恒流模式、恒压模式五种不同的状况(见表2)。

  将STAT脚连接系统的微处理器,可用微处理器读取这些信息,由于是计算机来读取而非人工识别,每个周期的输出速度将提高到40μs,这样一组状态信息能在160μs中读取。


AAT3680应用实例
  AAT3680的实际应用十分方便而简单,周边器件很少。典型应用如图4。

  感测电阻RSENSE是在充电状态下,利用充电电流流经时产生的压降监控充电电流,由此获得充电电流的反馈,可用下式计算:
  RSENSE =VSENSE / IREG
  IREG 为预期的充电流。

  RSENSE 的监控电流直接输入AAT3680的监控电流输入端(CSI)。
表2 显示五种不同的充电状况

充电状况输出状态LED显示
休眠/充满off/off/off/off●●●●
温度故障on/on/off/off○○●●
充电调整on/on/on/on○○○○
恒流模式on/on/on/off○○○●
恒压模式on/off/off/off○●●●


  电池的温度监测是通过测量TS与VSS引脚间的电压实现对电池温度的连续监测,把电池包内的热敏电阻作为温度传感器,输出信号经RT1和RT2分压,将该电压输入AAT3680的温度感测比较器,与内部的门限电压相比较,以决定是否允许充电。由于外部的分压和内部的门限电压均以VP为参考,从而保证温度检测电路不受工作电源VP的波动影响。

  Q1可选用PNP晶体管和P-MOSFET,主要作为向锂电池提供充电电流的通道,如图4所示使用ZETEX的FZT788B,其基极电位受AAT3680的DRV脚控制,以按实时需要改变充电电流。

 

 

 

 


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