開關型鋰離子電池充電控制器MAX745應用
電池電壓和電流由電流型PWM型DC/DC變換器控制。該控制器通過驅動兩只外接N溝道MOSFET,控制輸入電源的接通與關斷。該控制器通過設定開關電壓的脈沖寬度,使充電電流和電池電壓保持穩(wěn)定。采用雙N溝道MOSFET,可降低元器件的價格。
PWM控制器的核心是一個多輸入比較器。該比較器將三個輸入信號相加,以決定開關信號脈沖的寬度,從而設定電池電壓和電流。三個信號分別是電流取樣放大器的輸出電壓、GMV或GMI誤差放大器的輸出電壓和確保電流控制回路穩(wěn)定的斜率補償信號。
電流取樣放大器的輸出電壓,通過PWM比較器與GMV或GMI放大器輸出較低的誤差電壓比較。采用電流型反饋可減小電感對輸出LC濾波器的影響,從而使電路穩(wěn)定工作。
4.5 MOSFET驅動器
MAX745通過改變外接N溝道MOSFET導通與關斷的時間,調整電池充電電壓和電流。由于高端N溝道MOSFET的柵極驅動電壓必須高于輸入電源電壓,所以必須用充電泵來提高柵極電壓。在實際應用電路中,當同步整流MOSFET(MIB)導通時,電容器C7通過二極管VD2充電。由于C7的一端接LX腳(MIA的源極),所以高端驅動器輸出腳(DHI)可使高端MOSFET的柵極電壓升高到BST腳電壓。該腳電壓高于輸入電源電壓,因此可使高端MOSFET導通。
同步整流MOSFET(MIB)與普通續(xù)流二極管的作用相同,但電壓降較低,因此可以提高充電器的效率。從高端MOSFET關斷到同步整流MOSFET導通之前有一個死區(qū)時間,從同步整流MOSFET關斷到高端MOSFET導通之前也有一個死區(qū)時間,LX腳與電源接地腳PGND之間(也即MIB的漏極和源極之間)接入肖特基二極管VD1,在開關轉換期間,可防止因同步整流MOSFET的體二極管在死區(qū)內導通而產(chǎn)生短路電流。如果對充電器的效率要求不高,可以不接二極管VD1,但此時同步整流MOSFET的功耗將增加。
因為只有同步整流MOSFET導通時,BST腳外接電容才充電,所以同步整流MOSFET不能用普通的整流管代替,但是為了保證BST腳外接電容器充電,同步整流MOSFET可以用小功率MOSFET(比如2N7002)代替。在這種情況下,大部分充電電流流過二極管VD1,而不是流過同步整流MOSFET。
4.6 內部穩(wěn)壓器和基準電壓源
MAX內部低壓差線性穩(wěn)壓器輸出的5.4V電壓加在VL腳,除了給內部電路供電外,還可給外部電路供電。線性穩(wěn)壓器輸出電流為25mA,內部電路約需4mA,因此VL腳可為外電路提供21mA電流。外接MOSFET的柵極驅動電流由VL腳提供。估算MOSFET所需的驅動電流時,可用MOSFET柵極電荷乘以開關頻率(300kHz)。為確保電源電壓穩(wěn)定,VL腳應外接4.7μF電容器。
內部5.4V穩(wěn)壓電源再經(jīng)過一級低壓差穩(wěn)壓器后,可產(chǎn)生4.2V基準電壓,為了保證基準電壓穩(wěn)定,REF腳應外接容量等于或大于0.1μF的電容器。
4.7 最高輸入電壓
充電器輸入電壓必須比最高電池電壓高2V,充電電壓才能穩(wěn)定在規(guī)定值。由交流適配器供電時,充電器輸入電壓中交流紋波分量較大,紋波最低點的電壓仍必須比最高電池電壓高2V。
采用實際應用電路中的元件,最高輸入電壓可按下式計算:
式中 UIN為輸入電壓;VD6為二極管D6兩端電壓,典型值為0.4V—0.5V;ICHG為充電電流;RDS(ON)為高端MOSFET(MIA)的導通電阻;RL為電感的串聯(lián)電阻值;RI為電流取樣電阻的阻值。
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