天玖隆CN3718多节镍氢电池充电管理集成电路

特点:宽输入电压范围:7_5V到28V 对多节银氢电池进行完整的充电 管理最爲允电电斥由外部电阻设置 维持充电时间由外部电容设置 充电电流可达5APWM开关频率：300KHZ 恒流充电电流由外部电阻设置 对深度放电的电池进行涓流充电 电池温度监测功能 自动再允电功能双状态指乐 软启动功能 电池端过压保护 匸作环境温度：一40°C到+85°C 采用16管脚TSSOP封装 产品无铅，无卤素元素,满足RoHS'脚排列:5A多节银氢电池充电管理集成电路CN3718概述：CN3718是PWNI降爪模式多if探垃电池允 电管理集成电路，独立对多节银氢电池充电 进行自动管理，具有封装外形小，外鬧元器 件少和使用简单等优点。CN3718具有涓流,恒流和维持充电模式,II：常适合多节银氢电池的充电。对于深度放 电的电池，当电池电压低J：所设置的最高充 电电丿E的66.7%时，CN3718用所设置的恒 流充电电流的24%对电池进行涓流充电。在 恒流充电模式,充电电流通过一个外部电阻 设置。在维持允电模式，允电电流为恒流充 电电流的24%,维持允电时间由外部电容设 置，当充电时间达到外部电容所设置的值 时，CN3718进入充电结束状态。在充电结 束状态，如果电池电斥卜降到所设置的最高 充电电压的88.6%时,自动开始新的充* 期。当输入电源抻电或者输入电压低电池 电压时，CN3718门动进入低功耗的睡I屁模 式。其它功能包括输入低电压锁存，电池温度监 测，电池端过压保护和充电状态指示等。CN3718采用16管脚TSSOP対装。应用： 多节银氢电池充电 备用电池应用 便携式工业和医疗仪器 电动工具对讲机Rev 1.1典型应用电路:输入电源1 16RlR5>ss.6MlPMOSVG DRVVCCCSPBATNCCN3718CHRGFBDONECOM2TEMPCOMICTCOM3GNDPGND32131112109DIDLIRCSmm_1-T kl-_节氢也多银电-Rex-1.1#Rex-1.1#图1典型应用电路订购信息:联黑事,】:型号工作温度封装CN3718-40°C 到 +85 °CTSSOP16 （编带，每盘3000片）管脚描述:管脚序号名称说明1VG内部电斥调制器输出。为内部骡动电路提供电源。在VG管脚和 VCC管脚Z间接一个lOOnF的电容。2PGND功率地3GND模拟地4CHRG漏极开路输出端在涓流充电，恒流充电和过充电状态,内部晶 体管将此骨脚拉到低电平；否则，此骨脚为高阻状态。5DONE极开路输出端。在浮充电状态,内部晶体管将此管脚拉到低电 平；否则，此管脚为高阻状态。6TEMP电池温度监测输入端。在此管脚到地之间连接一个负温度系数的 热敏电阻。7CT维持充电时间设置端。将此管脚通过个电容接到地，用來设賢 维持充电时间维持充电时间=396.6 XCT （秒），其中CT的单 位为微法。8COMI冋路补偿输入端1。在此管脚到地Z间接一个470pF的电容。9COM2回路补偿输入端2o在此管脚到地Z间串联连接一个120Q的电 阻和一个220nF的电容。10FB电池电压反馈靖外接电阻分压网络以设置电池最高充电电压.11COM3冋路补偿输入端3。在此管脚到地之间接一个lOOnF的电容。12NC没有连接13CSP充电电流检测正输入端。此管脚和BAT管脚测量充电电流检测电 阻RCS两端的电丿并将此电压信号反馈给芯片进行电流调制。14BAT充电电流检测负输入端。此管脚和CSP管脚测起充电电流检测电 阻RCS两端的电斥，并将此电斥信号反馈给芯片进行电流调制.15vcc外部电源输入端。VCC也是内部电路的电源。此背脚到地Z间 盅耍接一个滤波电容。16DRV驱动片外P沟道MOS场效应晶体管的栅极。极限参数VCC, VG, DRV, CHRG, DONE 到 GND 的电压-0.3Vto 30VCSP. BAT 到 GND 的电压一0.3V to 28VCOM3到GND的电压6.5V其它t?脚到GND的电压一0.3Vto Vcom3+0V存储温度-65*0150*0工作环境温度-40°C-85-C焊接温度（10秒）300C超出以上所列的极限参数可能造成器件的永久损坏。以上给出的仅仅是极限范困在这样的极限条件卜 工作,器件的技术指标将得不到保证，长期在这种条件卜还会影响器件的可靠性。Rex-1.15电气特性：（VCC=15V, Ta=4（TC 到 85X 除非另有注明）参数符号测试条件最小典型最大单位输入电压范围VCC7.528V低电压锁存阈值LRTO4.267.3V芯片丁作电流Ivcc"VBA! > ''REG121.72.2mAFB管脚反馈电压、'fbFB管脚电压，过充电模式23922.4162.44VFB管脚偏置电流IfbVfb=2.4V50300nA电流检测电压VcsAbat>66.7%XVmax (注 1)160168176mV('csp''bat)Abat<66 7%XVmax (注 1)244056流入BAT管脚电流IbatVbat=12V51015uA涓流充电阈值PREFB管脚电压上升，FB电压66.7%恒流充电终止电压CCTFB管脚电压上升，FB电压95.8% MAX(注1)再充电阈值REFBff脚电压下降，FB电压88.6%过压保护阈值bv电池端电压上升1 061 081.1过压释放阈值Vclr电池端电压下降0.9811.02TEMP管脚上拉电流I up385062uA比较器高端阈值XhhTEMP管脚电压上升1.571.611.65V比较器低端阈值lhlTEMP管脚电压卜降0.1450 1750.205VCHRG管脚CHRG管脚卜拉电流【CHRGYchrg=1V,也流允电模式71218mACHRGtf脚漏电流IlkiVchrg=25V,浮允电模式1uADONE管脚帀匝管脚卜拉电流【DONEdone=1V,浮充电模式71218mAdone脚漏电流】LK2DONE=- 5V,恒流允电模式1uA振荡器频率osc240300360kHZ最大占空比Dniax94%睡眠模式睡眠模式阈值 （测 STVCC - Vbat）Vbai=8V0.060.10.14、°SLPVCC fallingVbat=12V0.10.140.18VVbat=18V0.180.230.28睡眠模式释放阈值（测最 VCC-Vbat）Vbat=8V0.260.320.39VSLPRVCC rising,Vbat=120.320.420.52VVba尸180380.470.58DRV管脚Vdrv 高电平(VCC-Vdr)MiIdrv= lOuiA60mVdrv 低电平(VCC-Vdr)Idrv=OiiiA56.58V上升时间trCload=2nF, 10% to 90%304065ns卜降时间tfCload=2nF, 90% to 10%304065ns注1： 1似是山外部电阻网络设置的BAT tf唧的最高充电电压。在维持允电模式，如果电池电压达到 'max，那么电池电压不再上升，但是充电过程并不结束，T到维持充电定时器溢出，充电过程才结束。Rev 1.14详细描述：CN3718是PWM降斥型多卩银氢电池充电管理芯片,八仃涓流，恒流，维持充电模式。怛流允电电流由连 接rCSPtf脚和BAT管脚之间的电流检测电阻Res设置。当VCC管脚电压大于低压锁存阈值,并且大丁电池电压时,CN3718正常工作,对电池充电.如果电池电 爪低于所设屋的Mf.'.jJt电电丿k的66.7%时，CN3718自动进入涓流充电模式，此时充电电流为所设克的恒 流充电电流的24%。当电池电压人所设直的/高充电电压的66/7%时，CN3718进入恒流充电模式，此时 允电电流由内部的168111V基准电压和-个外部电阻Rcsi殳宣，即恒流充电电流为168m7Rcs。当电池电压 继续上升到所设置的最高充电电压的95.8%时，CN3718进入维持充电模式，充电电流为所设置的恒流充 电电流的24%,同时启动维持充电定时器，肖此定时器溢出时，充电过程结束，DRV管脚输出高电平。 此时漏极丿I：路输II1CHEG管脚内部的晶体管关断，输出为岛阻态：另一个漏极开路输HlDONE脚内部的 晶体管接通，输出低电平，以指示允电结束状态。在维持充电模式，维持充电时间由外部电容设置。 在充电结束状态，如果断开输入电源，再豆新接入，将开始一个新的允电周期；如果电池电压卜降到再 充电阈值（最高允电电压的886%），那么也将自动开始新的充电周期。当输入电压掉电时，CN3718自动进入睡眠模式，内部电路被关断，这样可以减少电池的电流消耗，延长 待机时间。为了监测电池温度，需耍在TEMP管脚和GND管脚之间连接一个10kQ的负温度系数的热敏电阳。如果电 池温度超出正常范H；l，充电过程将被暂停，直到电池温度回复到止常温度范由内为止。CN3718内部还有一个过压比较器，当BAT管脚电压由于负载变化或者突然移走电池等原因而上升时,如 果BAT管脚电压上升到最高充电电压的1.08倍时，过压比较器动作，关断片外的P沟道MOS场效应晶体管, 充电暂时停止,直到BAT管脚电压回复到最高充电电压以下.在某些情况下,比如在电池没有连接到充 电器上，或者电池'炎然断开，BAT管脚的电压可能会达到过压保护阈值。此为正常现象。充电过程屮，充电电流和充电电压示意图如图2所示。充电电流充电电压图2充电过程示意图Rex-1.17睡眠模式上电复位VIN输入使能温度异常温度复位 TS/TSlw TSTShi(s1涓流充电初始监测 VsAT>VpRE电压监测'PRE 八 BAT恒流充电电流悄况监测Vbat>Vcct电压监测 VpREVsAT维持充电定时情况监测Tchr/TsEi充电结束电压监测 PK£Vbat足图3 充电工作框图Rex-1.18Rex-1.19应用信息低电压锁存（UVLO）芯片内部的低电压锁存电路监测输入电压，当输入电压低丁6（典型值）时，内部电路被关断，CN3718不 工作。关于涓流充电阈值，恒流充电终止电压和最高充电电压当电池端电压低F涓流充电阈值时,CN3718处涓流充电模式。涓流充电阈值为（最高允电电压X66.7%）。 当电池端电压人涓流充电阈值，小J恒流充电终止电压时，CN3718处恒流充电模式。恒流充电终止 电压为（最高允电电压X95.8%）当电池电斥人J：恒流充电终止电斥时，CN3718处维持充电模式。在维持允电模式，只有当维持充电定 时器溢出时,充电才会停止,所以在此期间，电池增电压可能继续上升,为此设置最高充电电压Vmax， 当电池电压达到最高充电电压时，电池电压不再上升，因此対电池是一种保护机制。最高充电电压的设置如图1所示，电池端的电压通过电阻R6和R7构成的电阻分压网络反馈到FB管脚,CN3718根据FB管脚的电 压决定充电状态。考虑到流入FB管脚的偏盘电流，最高允电电压为：Vmax = 2 416X （1 +R7 / R6） -FlBXR7其中，Ib是FB管脚的偏置电流，其典型值为40nAo从上式可以看到，FB管脚偏蓟11流导致电阻分压网络的分压结来存在谋签，谋羞值为IBXR7o假役R7 = 500KQ,那么误差值约为20亳伏.所以在设计电阻分压网络时，应该将上述误差考虑在内。可设置的最高允电电压不能大于25V。由电阴R6和R7会从电池消耗-定的电流，在选取R6和R7的电阻值时，应首先根据所允许消耗的电流选 収R6+R7的值，然后再根据上式分别计算R6和R7的值。涓流充电在允电状态，如果电池电床低J：所设置的最高充电电斥的66.7%, CN3718进入涓流允电模式，此时充电 电流为所设置的恒流充电电流的24%。恒流充电在充电过程屮，为电池端电压在最高充电电压的66.7%和95.8%时，CN3718处J：恒流充电状态。在恒流充电状态，恒流充电电流由卜式决定：168mVRCS其中：Ich是恒流充电电流Res是连接J'CSPtT脚和BAT管脚之间的充电电流检测电阻维持充电在充电过程屮，当电池端电斥人最高充电电斥的95.8%时，CN3718处维持充电状态。在维持充电状态，充电电流为所设置的恒流充电电流的24%。在维持允电状态，维持充电定时器工作，当此定时器溢出时，充电过程结束。维持充电时间由CT竹脚的 电容所设置，由下式决定：维持充电时间=396.6 XCT （秒）其屮： CT是从CT管脚到地的电容值，单位为微法自动再充电充电结束以后，如果输入电源和电池仍然连接在充电器上，由J：电池自放电或者负载的原因，电池电床 逐渐卜降，半电池电压降低到所设置的最人充电电压的88.6%时，将开始新的充电周期，这样可以保证电 池的饱满度在80%以上。电池温度监测为了监测电池的温度，盂耍-个紧贴电池的负温度系数的热敏电阻。当电池的温度超出可以接受的范皿 时，充电将被暂时停止，貢到电池温度回复到正常范围内。负温度系数的热敏电阻应该连接在TEMP管脚和地Z|iiJ0在芯片内部，TEMP管脚连接到两个比较器的输 入端，其低电丿E阈值为175毫伏，对应正常潟度范阳的上限温度点：高电压阈值为L6伏特，对应正常温度 范围的下限温度点。TEMP管脚的上拉电流为52uA,所以负温度系数的热敏电阻值在25°C时W该为10kQ,在上限温度点时梵 电阻值丿"该大约为3.5迄（约对应50C）；在卜限温度点时其电阳值应该丿、约为32kfi（约对应0°C）。一些负 温度系数热敏电阻，比如TH11-3H103F, MF52（10kQ）, QWX-103和 NCP18XH1O3FO3RB等，都能与 CN3718配合使用。前面所列负温度系数的热敏电阻的型号仅供参考，用户可以根据貝体盂耍选择介适的 型号。如果在上限温度点和卜限温度点处负温度系数热敏电阻值比3.5 kn和32kD稍微人一点，用户可以通过同 热敏电阻并联一个普通电阻，将正常工作温度范阳向卜移动：反Z,町以同热敏电阻串联一个普通电阻, 将正常工作温度范围向上移动。如果不用电池温度监测功能，只耍在TEMP管脚到地Z间接一个10KQ的电阻即可。状态指示CN3718仃两个漏极开路状态指爪输出端：CHRGtf脚和面匝管脚。在涓流，忖流和维持允电状态，CHRG 管脚被内部品体管卜拉到低电平，在k它状态融管脚为高阻态。在充电结束状态，donerv脚被内部 晶体管卜拉到低电平，在其它状态，而匝管脚为高阻态。肖电池没令接到允电器时，CN3718将输出电容充电到垠人允电电用，并停阳在维持充电状态直到维持充 电定时器溢出，才进入充电结束状态。在充电结束状态，（11J BAT管脚的I：作电流对输出电容的放电效 应，BAT管脚的电压将慢慢卜降到再充电阈值，CN3718再次进入充电状态，并停用在维持允电状态直到 维持充电定时器溢出.周而复始。因为一般绍持定时时间比较长，所以在电池没仃连接到充电器时，CHRG 管脚在大部分时间输出低电平（56管脚输出高电平）;在很短的时间内融管脚输出高电T'（B0NE-r?脚 输出低电平）。如果用LED做状态指示时，主耍表现为融管脚的LED壳，DONE脚的LED灭。当不用状态指示功能时，将不用的状态指示输出端接到地。表1列明J'两个状态指示端门对应的允电器状态。这里假设红色LED连接到&尿管脚，绿色LED连接到DONE管脚，其连接方式如图1所示oCHRG管脚DONE管脚状态描述低电平（红色LED亮）高阻态（绿色LED灭）涓流,恒流和维持充电状态;或电池没有连接高阻态（红色LED灭）低电平（绿色LED亮）充电结束状态高阻态（红色LED灭）高阻态（绿色LED灭）三种可能情况 VCC管脚电压低J：低压锁 存电压，或者 VCC管脚电斥低J BAT管 脚电压，或者 电池温度异常表1状态指示说明片外功率管驱动CN3718的DRVff脚用驱动片外MOS场效应晶体管的栅极，该管脚能够提供比较人的瞬态电流以快速接 通和关断片外MOS场效应品体管。在驱动2nF的负我情况K,上升时间和卜降时间典型值为40nS° 般来 Rex-1.111讲，一个导通电阻为50亳欧的MOS场效应晶体管的等效电容大约为2nF。CN3718内部冇钳位电路，以保证DRV管脚的低电'卜比VCC管脚的电斥低8V（最人值）。比如，假设VCC的 电丿k为20V,那么DRV管脚的低电半为垠小12£。这样，些八仃极低导通电阻的低金P沟道MOS场效应 晶体管可以与CN3718配合使用，从而提高了充电器的工作效率。回路补偿为了保证电流调制回路和电压调制回路的稳定性,需要卜面的回路补偿元件:（1）从COM1管脚到地之间接一个470pF的电容（图1中的电容C3） 从COM2到地Z间串联连接个120。的电阻和个22011F的瓷片电容（图1屮的R4和C4） 从COM3到地之间连接一个1 OOnF的瓷片电容（图1中的电容C2） 图1屮的电容C7的取值人致按照右式估算：C7 = 8X（R6/R7） （pF）输入和输出电容输入电容对输入电源起滤波作用，需耍吸收在输入电源上产生的纹波电流，所以输入电容必须仃足够的 额定纹波电流。在最坏情况卜，输入电容的额定RMS纹波电流需要达到充电电流的二分之一.対输出电容的选择，为了降低输出端的纹波电压和改善麟态特性，主要考虑串联等效电阻（ESR）。一般來 讲，10uF的输出电容可以满足要求。电感的选择在正常工作时，瞬态电感电流是周期性变化的。在P沟道MOS场效应晶体管导通期间，输入电压対电感允 电，电感电流增加；在P沟道MOS场效应晶体管关断期间，电感向电池放电，电感电流减小。电感的纹波 电流随着电感值的减小而增人，随着输入电压的增人而增人。较丿、的电感纹波电流会导致较丿、的纹波允 电电流和磁损耗。所以电感的纹波电流应该被限制在一个合理的范围内.电感的纹波电流可由卜式估算： Il=命 Vbat（號）其中：f是开关频率，300KHZL是电感值Vbat电池电压VCC是输入电压在选取电感值时，可将电感纹波电流限制在 Il=0.4XIch，Im是允电电流。请留意址人电感纹波电流 Il出现在输入电压垠大值和电感最小值的情况Ko所以充电电流较低时，应该选用较大的电感值。 关于电感值的选择，请参考表2：充电电流输入电压电感值1A>20V40uH<20V30uH2A>20V30uH<20V20uH3A>20V20iiH<20V15uH4A>20V15uH<20V10uH'A>20VlOuH<20V8uH农2电感值的选择MOSFET的选择CN3718的应用电路石要使用一个P沟道MOS场效W品体管。选择该MOS场效应品体管时丿"综合考虑转换 效率，MOS场效应晶体管功耗以及址高温度。在芯片内部，栅极驱动电压被钳位在5.8£(典型值)，可以使用低开康电压的P沟道MOS场效应晶体竹。所 以需要留意该MOS场效应晶体管的击穿电压BVdss耍人J：最高输入电乐选择P沟道MOS场效应胡体管时需耍考虑的因素包括导通电Rds(on),栅极总电荷Qg,反向传导电容 Crss，输入电压和最人充电电流。MOS场效应晶体管的最人功耗可以用卜式來近似：Pd = YT X Rds(on) X ICH2X (1+0.005dT)其中:Pd足MOS场效应晶体管的功耗'PAT是电池的最高电压VCC是绘小输入电压Rds(on)是P沟道场效应晶体管在室温(25C)条件卜的导通电阻ICH是充电电流dT是P沟道MOS场效应晶体管的实际温度与室温(25°C)的温度差除rWlftl公式所描述的导通损耗FRds(on)外，MOS场效应胡体管还令开关损耗，开关损耗随着输入电床 的増加而增加。一般来讲,在输入电压小J：2OV时，导通损耗人于开关损耗，应该优先考虑导通电阻比较 小的MOS场效应晶体管；在输入电压大F20V时，开关损耗大于导通损耗，应谶优先考虑反向传导电容 Crss比较小的MOS场效W晶体管。一般Crss的值在MOS场效应品体管的技术规格书屮都有列明，如果没 有明确列明该电容值，可由公式Crss = QgdYds來佔算。很多型号的MOS场效应晶体管,比如AO4459, STM9435(或WT9435)和AO3407A,都可以选用。前面所 列MOS场效应晶体管的熨号仅供参考，用户需耍根据具体要求來选用适介的熨号。二极管的选择在典型应用电路图1中的二极管D1和D2均为肖特皋二极管。这两个二极管通过电流能力至少耍比允电电 流人：二极管的耐压耍人丁最高输入电压的要求。二极TTD1和D2的选择原则为够用即可，如果所选用二极管的通过电流能力或耐压远远超过所盂耍的值， 由于这样的二极管具有较高的结电容，将增加充电器的开关损耗，降低效率。利用TEMP管脚实现充电禁止功能利用TEMPff脚可以实现充电禁止功能，如图3所示：CN3718TEMP注：Ml为N沟道场效应管图4利用TEMP管脚实现充电禁止功能当控制信号为高电平时，Ml导通，TEMP管脚为低电平，禁止充电：当控制信号为低电、卜时，Ml关断，TEMP管脚的电斥由NTC电阻值决定，进行正常的电池温度监测。 关于睡眠模式电池电流在图1所示的典型应用电路中，当输入电压掉电或者输入电压低电池电压时，CN3718进入睡眠模式。 在睡眠模式电池消耗的电流包括：流入BAT管脚和CSP管脚的电流，人约为10uACVbat=12V)(2)从电池端经过二极管D1流到输入电压端的电流，此电流由二极管D1的漏电流决泄此电流対输入端电容C1充电，输入端电压会仃一定程度的提高。为了避免谋操作，可以同电容C1并 联一个电阻，将二极管D1的漏电流通过电阴放掉，电阻值取决二极管D1的漏电流，一般20KH左右 的电阻可以满足要求。从电池端经过二极管D2流到地(GND)的电流,此电流由二极管D2的漏电流决定设计PCB的考虑为了保证CN3718能够正常工作和提高转换效率，在设计PCB时，需要考虑卜面儿点：为了保证尽町能低的电磁辐射，两个二极管，P沟道MOS场效应晶体管，电感和输入滤波电容的引线 耍尽鼠短。输入电容的正极到P沟道MOS场效应晶体管的距离也要尽彊短。在COM1, COM2和COM3管脚的回路补偿元件的接地端耍接到CN3718的模拟地(GND),这样可以避 免开关噪声影响回路的稳定性。输出电容的接地端和输入电容的接地端要先接到同一块剎皮再返冋系统的地端。模拟地和流经人电流(功率地)的地要独自返回系统地。CN3718的GND管脚和PGNDTF脚也具仃散热的功能，所以接地的铜皮而积耍尽可能人。对输入电 斥比较高或若片外P沟道MOS场效血晶体管的栅极电容比较人的情况，此点尤其朿耍。 将充电电流检测电阻Res靠近电感的输出端，其放置方向耍保证从芯片的CSP管脚和BAT骨脚到Res的 连线比较短。CSP管脚和BATtf脚到Res的连线耍在同层次上，而J1距离耍尽可能小。(7)为了保证允电电流检测桥度，CSP管脚和BAT管脚要fl接连接到充电电流检测电阻上。如图4所示。充电电流方向8AT图5充电电流的检测SymbolDimens i ons 1n Mill imetersD i mensi ons In 1nchesMmMaxM i nMaxD4. 9005. 1000. 1930. 201E4. 3004.5000. 1690. 177b0. 1900. 3000. 0070. 012c0.0900. 2Q00. 0040. 0D8El6. 2506.5500. 2460.258A1. 1000. 043A20. «00L 0000. 031029Al山020(X 1500. 001Q, 000e0.65 (BSC)0. 026 (BSC)L0.500|0.7000. 0200. 028H0. 25 <TYP>0. 01 (TYP)01°|7。1°|7。封装信息A2Al本文中所描述的电路仅供参考上海如韵电子仃限公司对使用本文中所描述的电路不承扒任何责任。上 海如韵电子佇限公诃保留対器件的设计或者器件的技术现格书随时做出修改而不特别通知的权利。Rex-1.116