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集成功率FET的锂离子开关充电器

发布时间:2008/5/28 0:00:00 访问次数:404

  当输入至输出的开销电压(overhead voltage)和/或充电电流较高时,线性电池充电器的功耗相当大。以一般的便携式dvd播放器(双节锂离子电池组、12v车载适配器、1.2a额定充电电流)为例,其线性充电器的平均功耗超过5w。

  bq241xx系列开关充电器是对过热问题的简便解决方案。内置功率fet能够提供高达2a的充电电流。同步pwm控制器的工作频率为1.1mhz,输入电压最高可达18v,非常适用于由单节、双或三节电池组供电的系统。该系列开关充电器具有的高电压、高电流、高效率等优异特性,并且与集成的反向漏电保护和内部环路补偿电路一起,井然有序地排列在小型qfn封装(3.5x4.5mm)中,既可节省板级空间,还能缩短系统设计时间。

  基于bq24103的设计范例如图1所示。在这个设计中,适配器电压为12v,电池组为1800mah的2s锂离子电池,电池稳压要求为4.2v/节,电池截止电压为3v/节,快速充电电流为1.2a,预充电与终止电流为120ma,安全定时器满量程为5小时。下面将通过计算选择合适的电感、电容和电阻元件。

确定电感l的值

  假设纹波电流为30%,则电感可由式(1)求出:



其中l=8.2µh。为防止电感饱和,电感饱和电流应大于峰值电流。



因此可选择8.2µh、1.6a、39mω sumidacdrh5d28电感。



确定输出电容c的值

内部环路补偿的谐振频率fo约为16khz。为达到最佳的环路稳定性,电容c的值为:



因此选择10µf、25vx7r1206陶瓷电容。

确定检测电阻rsns的值

rsns上的电压vrsns等于100mv~200mv,为获得标准的电阻值,将vrsns设定为120mv,则:



因此选择1%、100mω、0.25w电阻。

确定rset1与rset2的值

已知viset1=1.0v、viset2=0.1v、kset1=kset2=1000v/a。



电阻。 因此选择1%、8.33kω

确定c1的值

c1用于设定快速充电定时器,可通过下式计算c1的值。



为实现较好的温度性能,请选择0.12µf或0.1µf的x5r或x7r陶瓷电容。

确定rt1与rt2的值

  rts为热敏电阻的电阻,其电阻值随温度降低而变小。使用一个103at-2热敏电阻,并假设该电阻在低温、高温环境下的电阻值分别为rts_cold=27306ω(0℃)、rts_hot=4935ω(45℃)。

低温下的电压阈值vltf=73.5%×vtsb,高温下的电压阈值vhtf=34.4%×vtsb。所以:



由以上方程可以得出rt1=9.31kω、rt2=475kω。



  图2 中显示了使用 bq24103 evm的效率值曲线。为提高效率,在pcb设计时必须遵循以下设计原则:1)电源连线尽可能短,线间距尽可能大;2)电源级与控制级应分别接地,并且在单点上进行连接;3)去耦电容尽量靠近引脚;4)最小化电流传感反馈环路;5)电感尽量靠近out引脚。



  当输入至输出的开销电压(overhead voltage)和/或充电电流较高时,线性电池充电器的功耗相当大。以一般的便携式dvd播放器(双节锂离子电池组、12v车载适配器、1.2a额定充电电流)为例,其线性充电器的平均功耗超过5w。

  bq241xx系列开关充电器是对过热问题的简便解决方案。内置功率fet能够提供高达2a的充电电流。同步pwm控制器的工作频率为1.1mhz,输入电压最高可达18v,非常适用于由单节、双或三节电池组供电的系统。该系列开关充电器具有的高电压、高电流、高效率等优异特性,并且与集成的反向漏电保护和内部环路补偿电路一起,井然有序地排列在小型qfn封装(3.5x4.5mm)中,既可节省板级空间,还能缩短系统设计时间。

  基于bq24103的设计范例如图1所示。在这个设计中,适配器电压为12v,电池组为1800mah的2s锂离子电池,电池稳压要求为4.2v/节,电池截止电压为3v/节,快速充电电流为1.2a,预充电与终止电流为120ma,安全定时器满量程为5小时。下面将通过计算选择合适的电感、电容和电阻元件。

确定电感l的值

  假设纹波电流为30%,则电感可由式(1)求出:



其中l=8.2µh。为防止电感饱和,电感饱和电流应大于峰值电流。



因此可选择8.2µh、1.6a、39mω sumidacdrh5d28电感。



确定输出电容c的值

内部环路补偿的谐振频率fo约为16khz。为达到最佳的环路稳定性,电容c的值为:



因此选择10µf、25vx7r1206陶瓷电容。

确定检测电阻rsns的值

rsns上的电压vrsns等于100mv~200mv,为获得标准的电阻值,将vrsns设定为120mv,则:



因此选择1%、100mω、0.25w电阻。

确定rset1与rset2的值

已知viset1=1.0v、viset2=0.1v、kset1=kset2=1000v/a。



电阻。 因此选择1%、8.33kω

确定c1的值

c1用于设定快速充电定时器,可通过下式计算c1的值。



为实现较好的温度性能,请选择0.12µf或0.1µf的x5r或x7r陶瓷电容。

确定rt1与rt2的值

  rts为热敏电阻的电阻,其电阻值随温度降低而变小。使用一个103at-2热敏电阻,并假设该电阻在低温、高温环境下的电阻值分别为rts_cold=27306ω(0℃)、rts_hot=4935ω(45℃)。

低温下的电压阈值vltf=73.5%×vtsb,高温下的电压阈值vhtf=34.4%×vtsb。所以:



由以上方程可以得出rt1=9.31kω、rt2=475kω。



  图2 中显示了使用 bq24103 evm的效率值曲线。为提高效率,在pcb设计时必须遵循以下设计原则:1)电源连线尽可能短,线间距尽可能大;2)电源级与控制级应分别接地,并且在单点上进行连接;3)去耦电容尽量靠近引脚;4)最小化电流传感反馈环路;5)电感尽量靠近out引脚。



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