磷酸铁锂电池充电电路.

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1、磷酸铁锂电池充电器 CN3059磷酸铁锂电池是一种用磷酸铁锂（LiFePO4）材料作电池正极、用石墨作电池负 极的新型锂离子电池。关于该电池的详细介绍请参看本刊 9期磷酸铁锂动力电池 一文。磷酸铁锂电池的标称电压是3.2V、终止充电电压是3.60.05V、终止放电电压 是2.0V。该电池与锂 离子电池一样要求恒流、恒压充电，充电率范围是0.2 1C。上海如韵电子有限公司在自主开发出单节锂电子充电器芯片CN3052及CN3056 后，2007年又开发出性能更好的单节磷酸铁锂充电器芯片CN3058及CN3059,满 足了市场的需求。本文将介绍 CN3059。特点与应用CN3059是一种对单节磷酸铁

2、锂电池进行恒流、恒压充电的充电器IC。用该IC 组成的充电器主要特点：充电电流可由一外设电阻 RISET 设定，最大充电电流可 达1A；输入电压46V,可采用USB接口或4.56V输出电压（输出电流1000 1500mA）的AC/DC适配器供电；充电器电路简单、外围元器件少、成本低；对过 放电（电池电压V 2.0V ）的电池有小电流预充电模式；内部有功率器理电路，若 芯片的结温超过115C时能自动降低充电电流作过热保护，使用户可设置较大的 充电电流，以提高充电效率；有两个LED分别作充电状态指示及充电结束指示； 有输入电压过低（V3.61V）时的输出锁存功能、自动再充电功能、电池温度监 测功能

3、；采用小尺寸、散热增强性的10引脚DFN封装；充电温度范围045C 或065C（由充电电池参数决定）。CN3059是磷酸铁锂电池的专用充电器IC,但它还有一个独特的特点：外设一个 电阻RVSET，它可以增加恒压充电的输出电压。利用这个独特的特点，可以组成 简易的3节镍氢电池充电器及4V铅酸电池充电器或锂离子电池充电器。由CN3059组成的充电器适合充0.54Ah的磷酸铁锂电池。其应用领域：矿灯、 LED应急灯、警示灯；车模、船模、航模及电动玩具；在照相机中，用3.2V磷 酸铁锂电池替代一次性3V锂电池（型号为CR123A），其外廓尺寸相同；通信装 置；小型医疗仪器及野外测试仪器；小型电动工具等

4、。另外，可采用CN3059组 成充3节镍氢电池及4V铅酸电池的充电器等。封装、引脚排列及功能CN3059采用散热增强型10引脚小尺寸DFN封装，其引脚排列如图1所示，各引 脚功能如表 1 所示。顶视图TEMP二rzci:FBISET二此沁:z:CHRGGND二1地线连1二DONEVIN二:z:BATVIN二L_1:z:BAT图 1 CN3059 引脚图轰I CN3059 引脚功能引脚符号功能1TEMP电池溟度检测输入端a电竝的NT匚温度传感器的输出端与此端连檯n若此瑞电压外于输入电压的4呂 压的呂0%并超过0.】別，進盍味着电她的温度过低或过高，充电箱雜暂俘n如果此端的电压在输入电月 之间，并

5、且超过0.】別，充电襁恢复若不检测电昶温度，则此端接CND2ISET恒流充电电流设置和充电电洗监测端。此端外檯一电阻Ft 可设定充电电师a恒说充电电说1外工盹0曲3CND电师铉端，地4、5VIN电规电压输人虬 当YIN端号BAT端之间电压豊小于20U1V时，匚N3O5）MA功耗睡眠模戎， 电洗小于3卜A6. 7BAT电池正楓连接瑞=此端给电池提供恒洗股恒压充电呂DONE内都捅楓幵路输出端，外接LED （嫁电爱限洗电阻=在充电结束时，此端为低电平，LED?表月 H R C內都漏扱开路输出端，外檯LED （红色及限谎电阻=当充电器陶电趟充电时，此端为低电平，LED 正在进行若电池役有连檯好，LED

6、会闪克；在充电结束时，LED天10r e电池电压捡测端=它箱电竝的电压往FE端输入内締的误差战大器，按电池的宴际电压按極充电、恒H 池进行充电a吐端实际上是电池电压辰馈端a另外，此痢与电趟正槻痢之间接一牛电阻叭泠:-则可确定恒压充电时的电压值主要参数CN3059的极限参数：各引脚的电压范围为-0.36.5V； BAT引脚与GND短路时间 可连续；静电击穿电压为2kV；最高结温为150C；焊接温度为300C（10s）。CN3059的电气参数：电源输入电压范围为46V；静态电流典型值为650mA； 低压锁存电压为V W3.61V；预存电阈值电压是电池电压小于2.05V；恒压充电IN电压3.6V；充

7、电结束阈值电压（ISET端电压）为0.22V；睡眠模式阈值电压为V -V W20mV；睡眠模式解除阈值电压为V V $50mV； TEMP端高温阈值电压IN BATIN BAT为 80%V ，低温阈值电压为 48% VIN。IN典型应用电路采用CN3059组成磷酸铁锂电池充电器电路与由CN3056组成的锂离子充电器电路 相比，前者有两个突出的优点：精确检测充电电池的电压，充电电池的终止充 电电压控制得更精确，使电池充的更满；采用在FB端与电池正极之间加接一 个电阻 R ，使充电器除能充磷酸铁锂电池外，也可简单地组成充铅酸电池及镍 氢电池，1扩展了充电器功能。下面分别介绍这2种典型应用电路。1、

8、充磷酸铁锂电池电路充电电池型号为26650，容量为2800mAH,采用1000mA恒流电充电(其充电率约 0.36C)，充电器电路如图2所示。图2 磷酸铁锂电池充电电路充电器采用输出直流电压5V、输出电流1500mA的AC/DC适配器作电源。用红色 LED作充电状态指示灯，用绿色LED作充电结束指示灯。设定恒流充电电流 I =1000mA，则 R 为：CHISETR =1800V/1A=1.8kQ (1)ISETCIN(10p F)及C0UT(10p F)是为保证充电器工作稳定的输入及输出电容，可采用 多层陶瓷电容器(MLCC)。这里重点介绍精确电池电压检测电路。图 3 是一般电池电压检测电路

9、，图 4 是精 确电池电压检测电路。图3中，BAT端外接充电电池，内接由R1、R2组成的电 阻分压器，其中间点为输入误差放大器，根据充电电池的实际电压来对电池进行 预充电、恒流充电及恒压充电。若在恒流充电时的充电电流为 I 、 B 端的电压 为V ,电池的电压为V。若BAT端到电池正极之间的金属连接线的电阻为AR,BATBAT则J电流从BAT端到电池正极间的电压降VpRop =1 hXR，则VbJI XAR+V(VH VV )。充电电流越大，则V与vp的差值越大。输入到误差放大器丁BAT BATBATBAT的电压是Vbat的分压而不是V的分压，因此产生电池实际电压的检测误差。再看图4电路，BA

10、T端向电池充电。另外，由电池正极加一条连接到FB端，将 电池电压通过R1、R2分压器后输入误差放大器。图 3 一般电池电压检测电路町玻用器丄图 4 精确电池电压检测电路粗看起来，FB端、电池正极端及BAT端是同电位的。但要注意的是从BAT端流 到电池正极的电流是I，若连接线电阻为 R，其压差V =I XR；而若从电 CH DROP CH池正极流入FB的电流是Ib，连接线电阻也为AR,则V bVb的压差为Ib XAR。 因为I往往是O.xA1A，而I 3“A，所以V与V 的压差较大，而VCHFBBATBATBAT与Vfb之间的压差甚小(VbatV atVfb)，用Vfb端反馈到误差放大器的电压与

11、 电池的实际电压更接近，即检测电池电压更精确。这一种精确测量方法也称为开 尔文检测法(KeLvin)。用这方法精确检测电池电压可使电池的终止充电电压更 精确，电池也冲的更满。2 、充 4V 铅酸电池或 3 节镍氢电池或锂离子电池的电路在 FB 端与电池正极之间加一个 R 电阻，可以调节恒压充电的电压这一特点， 则除充磷酸铁锂电池外，还可组成简易 4V 铅酸电池或 3 节镍氢电池充电器，电 路如图 5 所示。LED1BlLEDSVINCEiRGFBDONEBATI SETTEMPAAA/RwrWv图 5 铅酸电池或镍氢电池充电器电路设定的终止充电电压 V 与 R 的关系为：bat VSETV (

12、V) =3.6 (V)+3.04X10-6 (A)XR (Q)(2)由于这种简易充电器设定了终止充电电压，所以在充电过程不会产生过充电的情 况，即充电是安全的。但由于不同种类的电池有各自的充电程式及终止充电的检 测方法，因此用CN3059组成的简易充电器在充满程度上需要差一些。另外，在 充3节镍氢电池时，由于充电器没有每节电池均压充电的电路，所充的电池应是 同一种型号、同一公司生产、同一组使用的电池，否则会造成由于电池的内阻不 同而产生的有的电池未充满，有的电池已过充电的情况。不同充电电池的 RVSET 值如表2所示。表2不同充电电池的陀纣值参数种类标称电压()终止充电电压()终止放电电压()小铅酸电池44. 4/4.63. 8267/3303节掾氢电池3.64.23.01963.锂离子电池3. 64.22. 73. 0196为保证终止电压的精度，采用的R应为1%精密电阻(E48、E96系列)，温度VSET系数 100X10-6/C。图6是一种充3.2V磷酸铁锂电池(S1打在下面)及充3.6V锂离子电池(S1打 在上面)的充电器电路。另外，它是恒流充电可选500mA (S2打在下面)或1000mA(S2 打在上面)的充电电路。图 6 3.2V 磷酸铁锂电池及 3.6V 锂离子电池充电器电路