这次应急灯设计的充电部分,我使用的是美信公司的MAX745充电芯片,该芯片采用双环控制,PWM工作频率为300kHz。采用该控制芯片的充电器,外围元件少,充电电压精度高,可对1-4只锂离子电池组充电,并具有锂离子电池组充电所需的全部功能。
MAX745具有锂离子电池组充电所需的全部功能。在不需要任何散热的条件下,恒定充电电流可达4A,充电电压非常稳定,电池两端最大电压误差只有±0.75%。该充电器可以选用廉价的公差为1%的普通电阻设定充电电压,并且可以选用廉价的N沟道MOSFET作开关控制器件。
MAX745采用双回路稳定充电电压和充电电流。采用精度为1%的普通电阻,单体电池的充电电压即可在4.0V—4.4V之间调整。改变串联单体电池数选择脚的接法,该充电器可对1—4只锂离子电池充电,充电器总输出电压误差小于±0.75%。
该控制器最高输入电压可达24V,可对最高工作电压为18V的电池组充电。控制器开关频率为300kHz,因此充电器噪声很小,所用外部元件的体积也很小。
以上是这块片子的大体情况,在美信网站上下了芯片手册,全英文的,来来回回反反复复的看了n遍,并在多次失败的调试过程之后,才慢慢的参透数据手册上的内容。
不得不说,这块片子的性能是极其优秀的了,但是由于缺乏充电电路这方面的设计经验,导致自己走了不少弯路,还有些错误的想法,在调试的时候才慢慢发现纠正了。
首先来看一下它的典型的电路设计吧:
Vin输入范围在0~24V之间,我们用的充电器是18V,可以很好的满足需求,更何况在说明中有“该芯片在不需要任何散热的条件下,达到4A的充电输出”,这意味着什么呢?呵呵,在我调试电路的过程中,一上电,芯片周围残留的松香开始噼噼噼发响冒烟,芯片和Mos管瞬间发烫,立马断电了。这现在肯定是不对了,后来测量发现两个Mos管应该是全烧坏了,芯片不知道,但是不敢再用了,拆下,弄断了一只脚,报废。
还是看看,典型图中需要注意的地方。
1脚 IBAT: 电流取样放大器的模拟电流源输出。详细说明可参考“充电电流监控”一节。
2脚 DCIN:充电器电压输入脚。实际应用中,该脚应接0.1μF旁路电容器。
3脚 VL: 芯片电源。由DCIN脚供电的内部5.4V线性稳压器的输出脚。该脚应外接4.7μF旁路电容器。
4脚 CCV: 电压调整回路补偿脚。
5脚 CCI: 电流调整回路补偿脚。
6脚 THM/ SHDN:热敏电阻取样电压输入脚。该脚也具有关断输出的功能。该脚变为低电平时,充电器将关断。
7脚 REF: 4.2V基准电压输出脚。该脚应外接0.1μF或容量更大的旁路电容器。
8脚 VADJ: 电压调整脚。该脚与REF和GND脚之间外接公差为1%的电阻分压器,设定充电电压可调整10%,不需要采用公差为0.1%的精密电阻,输入电压范围为0V—UREF。
9脚 SETI: 该脚与REF和GND脚之间外接电阻分压器,设定充电电流。
10脚 GND:模拟信号接地脚。
11脚 CELL0:选择串联电池数的逻辑信号输入脚。
12脚 CELL1:选择串联电池数的逻辑信号输入脚。
13脚 STATUS:在稳流状态下,该脚为开漏极MOSFET灌电流输入脚。在稳压状态下,该脚为高阻抗输入脚。该脚应通过1kΩ—100kΩ上拉电阻接到VL脚,该脚也可驱动发光管LED,用灯光指示调整状态,如果不需要此功能时,该脚应悬空。
14脚 BATT:电池电压取样输入和电流取样负输入脚。
15脚 CS: 电流取样正输入脚。
16脚 PGND:电源接地脚。
17脚 DLO: 低端功率MOSFET驱动器输出脚。
18脚 DHI: 高端功率MOSFET驱动器输出脚。
19脚 LX: 接高端功率MOSFET源极。
20脚 BST: 高端功率MOSFET驱动器电源输入端。
1,充电电压调节:
在VADJ脚和REF脚接入电阻分压器,可设定充电电压极限值。REF脚的基准电压为4.2V,VADJ脚电压在0V—4.2V之间变化时,电池充电极限电压变化范围只有±5%。因此,不采用高精度分压电阻,也能满足充电电压精度的要求。分压电阻采用公差为1%的普通电阻,充电电压精度也可达到0.1%以上。电压调整脚VADJ内部接有缓冲器,因此外接分压电阻应具有较大的阻值。当电压调整脚VADJ的电压为UREF/2时,充电电压极限值为4.2V。
当时我就是看了这个公式,没有细看说明手册的描述,将VADJ设成了0。杯具就此发生,导致芯片发烫。
而且后面有说明,推荐典型值R11=100K欧,却被我忽视了。。。
上式中,其实可分为两部分,cell count和方括号内的一坨。cell count用来设置锂电池个数,手册上所说的锂电池是指4.2V的单个锂电,一开始看英文的时候这点想了好久,为什么会这样写,直接给出输出电压的调节方式不就可以了,非要用cell count 来写。
当VADJ=1/2VREF的时候,可以得到标准的单颗锂电池充电电压4.2V,为了简便直接这样设计就可以了,将cell count设为3,就可得12.6V的充电电压,用来对锂电池充电。
cell count由cell0和cell1两脚来设置。方式如下:
将上式变换一下,就得下式了:
2,充电电流设置:
该充电器的充电电流由电流取样电阻的阻值和充电电流设定脚SETI的电压决定。电流取样放大器检测电流取样电阻两端(CS脚与BATT脚之间)的电压。电流取样放大器的增益为6,SET1脚的电压经缓冲并除以4后,与电流取样放大器输出电压比较,因此SET1接REF脚时,可输出满刻度充电电流,满刻度充电电流IFS由下式决定:
在不改变R1阻值的条件下,为了将充电电流设定在满刻度值以下,可根据下式调整SETI脚的电压:
ICHG为充电电流;
UREF为基准电压;
USETI为SETI脚的电压。
3,PWM控制器
电池电压和电流由电流型PWM型DC/DC变换器控制。该控制器通过驱动两只外接N沟道MOSFET,控制输入电源的接通与关断。该控制器通过设定开关电压的脉冲宽度,使充电电流和电池电压保持稳定。采用双N沟道MOSFET,可降低元器件的价格。PWM控制器的核心是一个多输入比较器。该比较器将三个输入信号相加,以决定开关信号脉冲的宽度,从而设定电池电压和电流。三个信号分别是电流取样放大器的输出电压、GMV或GMI误差放大器的输出电压和确保电流控制回路稳定的斜率补偿信号。电流取样放大器的输出电压,通过PWM比较器与GMV或GMI放大器输出较低的误差电压比较。采用电流型反馈可减小电感对输出LC滤波器的影响,从而使电路稳定工作。
4,MOSFET驱动器
MAX745通过改变外接N沟道MOSFET导通与关断的时间,调整电池充电电压和电流。由于高端N沟道MOSFET的栅极驱动电压必须高于输入电源电压,所以必须用充电泵来提高栅极电压。在实际应用电路中,当同步整流MOSFET(MIB)导通时,电容器C7通过二极管VD2充电。由于C7的一端接LX脚(MIA的源极),所以高端驱动器输出脚(DHI)可使高端MOSFET的栅极电压升高到BST脚电压。该脚电压高于输入电源电压,因此可使高端MOSFET导通。同步整流MOSFET(MIB)与普通续流二极管的作用相同,但电压降较低,因此可以提高充电器的效率。从高端MOSFET关断到同步整流MOSFET导通之前有一个死区时间,从同步整流MOSFET关断到高端MOSFET导通之前也有一个死区时间,LX脚与电源接地脚PGND之间(也即MIB的漏极和源极之间)接入肖特基二极管VD1,在开关转换期间,可防止因同步整流MOSFET的体二极管在死区内导通而产生短路电流。如果对充电器的效率要求不高,可以不接二极管VD1,但此时同步整流MOSFET的功耗将增加。因为只有同步整流MOSFET导通时,BST脚外接电容才充电,所以同步整流MOSFET不能用普通的整流管代替,但是为了保证BST脚外接电容器充电,同步整流MOSFET可以用小功率MOSFET(比如2N7002)代替。在这种情况下,大部分充电电流流过二极管VD1,而不是流过同步整流MOSFET。
现在我的充电部分电路还没有正常工作,两片MAX745的片子都玩完了,还在等新片子,希望大家不要犯和我一样的错误,耐心调试,细心观察,认真思考。