基于MAX846A的鋰離子電池充電器(圖)

引言
　　便攜式電子產(chǎn)品的迅猛發(fā)展促進(jìn)了電池技術(shù)的更新?lián)Q代，其中鋰離子電池以高能量密度、高內(nèi)阻、高電池電壓、高循環(huán)次數(shù)、低自放電率等特性脫穎而出，迅速地成為市場的主流。

　　雖然鋰離子電池有以上種種優(yōu)點(diǎn)和良好的市場前景，但它對(duì)充電電路的要求比較高，在使用過程中要避免出現(xiàn)過充電和過放電的現(xiàn)象。鋰離子電池的充電過程如圖1所示，在一個(gè)充電周期內(nèi)，鋰電池在充電開始之前需要檢測電池的電壓和溫度，判斷是否可充電，如果電池電壓或溫度超出允許范圍，則禁止充電。每節(jié)電池的允許充電電壓為2.5～4.2V，溫度為2.5～50℃。在電池處于深放電的情況下，必須要求充電器具有預(yù)充過程，使電池滿足快速充電的條件，然后根據(jù)電池廠商推薦的快速充電速度對(duì)電池進(jìn)行恒流充電，電池電壓緩慢上升；一旦電池電壓達(dá)到所設(shè)定的終止電壓(一般為4.1V或4.2V)，恒流充電終止，充電電流快速衰減，充電進(jìn)入滿充過程；在滿充過程中，充電電流逐漸衰減，直到滿充時(shí)間超時(shí)，轉(zhuǎn)入頂端截止充電；頂端截止充電時(shí)，充電器以極小的充電電流為電池補(bǔ)充能量；頂端截止充電一段時(shí)間后，關(guān)閉充電。

MAX846A介紹
　　MAXIM公司的MAX846A是一種低成本、多功能的電池充電控制器，采用16腳的QSOP封裝，可為鋰電池、鎳氫、鎳鎘電池進(jìn)行充電。MAX846A的引腳排列見圖2，主要引腳功能如下。

　　DCIN：外部直流電源輸入端，3.7～20V。
　　VL：3.3V、20mA、1%線性調(diào)節(jié)器輸出端。
　　CCI：電流調(diào)節(jié)環(huán)補(bǔ)償端。
　　CCV：電壓調(diào)節(jié)環(huán)補(bǔ)償端。
　　VSET：懸浮電壓參考調(diào)整輸入端。
　　ISET：電流設(shè)置輸入及監(jiān)控端。
　　OFFV：電壓調(diào)節(jié)環(huán)禁止端。
　　CELL2：編程充電電源數(shù)目端。
　　BATT：電池輸入端。
　　CS+：電流源放大器高壓輸入端。
　　CS-：電流源放大器低壓輸入端。
　　DRV：外接三極管基準(zhǔn)/門控輸出端。

MAX846A的結(jié)構(gòu)
　　MAX846A由3.3V高精度、低壓差線性穩(wěn)壓電源，高精度電壓基準(zhǔn)和電壓/電流調(diào)節(jié)器三部分構(gòu)成。
　　線性穩(wěn)壓電源的輸出電壓VL是基準(zhǔn)電壓的2倍，可為外部負(fù)載提供20mA的電流，并具有短路保護(hù)功能，PWROK(Power-OK)為微控制器提供復(fù)位信號(hào)并抑制充電電流。
　　高精度電壓基準(zhǔn)源可為鋰離子電池提供精確的浮充電壓，它與一個(gè)精度為2%的20kΩ電阻相連接，使浮充電壓可通過一外部電阻設(shè)置。應(yīng)具有1%的精度，因?yàn)樗苯佑绊懜〕潆妷旱木?，而浮充電壓的精度?duì)鋰離子電池的壽命及容量起決定作用。

　　電壓/電流調(diào)節(jié)器由高精度衰減器、電壓環(huán)路、電流環(huán)路、電流檢測放大器組成。衰減器可通過引腳設(shè)置使電壓穩(wěn)定為一節(jié)鋰電池電壓或兩節(jié)鋰電池電壓(對(duì)應(yīng)電壓為4.2V或8.4V)。電流檢測放大器檢測電池的高端電流，它實(shí)際上是一個(gè)跨導(dǎo)放大器，可將外部限流電阻RCS上的電壓轉(zhuǎn)換成電流，并將此電流作用于外部負(fù)載電阻RISET，通過改變RCS與RISET可以調(diào)節(jié)充電電流，也可通過改變RISET的低端電壓或增大/減小ISET端的電流進(jìn)行調(diào)整。電壓和電流環(huán)路分別由連接在CCV和CCI端的外部電容進(jìn)行補(bǔ)償校正，兩個(gè)環(huán)路的輸出通過邏輯“或”后，驅(qū)動(dòng)一只漏極開路的內(nèi)置N溝道MOS場效應(yīng)管構(gòu)成的有源負(fù)載，外部P溝道MOS場效應(yīng)管或PNP晶體管調(diào)整元件連同其他元件構(gòu)成完整的回路。

鋰離子電池充電器
　　MAX846A最典型的應(yīng)用就是作為一個(gè)獨(dú)立的限壓電流源為鋰離子電池充電，因?yàn)槠鋬?nèi)部有一個(gè)精度為0.5%的基準(zhǔn)源，可以保證鋰離子電池充電電壓精度的要求。獨(dú)立的電壓、電流調(diào)節(jié)回路控制外部PNP晶體管(或P溝道MOSFET)，簡化了充電器的設(shè)計(jì)。

　　圖3所示電路為MAX846A鋰離子電池充電器，外圍元件及引腳按以下方式設(shè)置。
　　● 設(shè)置電池節(jié)數(shù)：CELL2接地為一節(jié)電池充電，CELL2接地為兩節(jié)電池充電。
　　● 設(shè)置浮充電壓：若VSET懸空，浮充電壓為每節(jié)電池4.2V；在VSET與地之間接入一精度為1%的電阻，可調(diào)低浮充電壓。設(shè)所需的浮充電壓為VF，調(diào)整電阻按下式選擇：

　　式中VX=GND或VL。圖3中，RISET=400kΩ，與內(nèi)部20kΩ電阻構(gòu)成分壓器，可調(diào)節(jié)范圍為±5%。
　　● 電流調(diào)節(jié)環(huán)路將ISET端的電壓保持在1.65V，選擇電阻以滿足電流檢測放大器輸入端所需要的反饋電壓。RCS與RISET按下式選擇，VCS推薦值為165mV。
　　RCS = VCS/IBATT (kΩ) (2)
　　RISET = 1.65/VCS (kΩ) (3)
　　● 電池電壓設(shè)置完成前應(yīng)將ON與PWROK連接起來，防止漏電。
　　● 為降低外部晶體管功耗，應(yīng)盡可能降低電源電壓，或引入反饋回路，使電源電壓跟隨電池電壓變化。

穩(wěn)定性討論
　　電壓環(huán)路、電流環(huán)路的主極點(diǎn)可由連接在電容補(bǔ)償端(CCV、CCI)的補(bǔ)償電容設(shè)置。電池阻抗為250kΩ時(shí)，電流環(huán)路的直流增益約為50dB，電壓環(huán)路的直流增益約為33dB。CCI輸出電阻(50kΩ)和CCI端的電容決定了電流環(huán)路的主極點(diǎn)，圖3電路中的推薦值為0.01μF，主極點(diǎn)值為300Hz。外部PNP管產(chǎn)生高頻極點(diǎn)，該極點(diǎn)值通常為幾百千赫，隨PNP管型號(hào)的不同而不同，為避免因高阻基極驅(qū)動(dòng)而引起自激，在PNP管的基極與發(fā)射極之間連接一只10nF的電容。

　　同樣，CCV輸出電阻(150kΩ)及CCV端的電容決定了電壓環(huán)路的主極點(diǎn)，圖3電路的推薦值為0.01μF，主極點(diǎn)值為200Hz。

　　電池阻抗直接影響電壓環(huán)路的直流及高頻增益，直流增益與電池內(nèi)阻成正比，電池的交流阻抗及其連接電路引入的高頻零點(diǎn)將直接影響高頻性能，在靠近電池處并聯(lián)一只4.7μF的電容，可降低其對(duì)阻抗的影響。

結(jié)束語
　　本文介紹了一種采用MAX846A充電控制芯片設(shè)計(jì)的簡單實(shí)用的鋰離子電池充電器，最后對(duì)電路的特性及充電參數(shù)的設(shè)置進(jìn)行了分析。