标题:
锂离子电池充放电安全及电池检测设计（下）
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作者:
forsuccess
时间:
2015-1-13 22:25
标题:
锂离子电池充放电安全及电池检测设计（下）
当输入电源重置、EN信号触发时，皆能解除充电计时保护时间，使其重新计时。
充电指示状态
图4中，STAT1（Pin 12）及STAT2（Pin 13）内部为两个Open-Drain的N型金属氧化物半导体（NMOS）开关，必须和VREF33脚位（Pin 7）或与其他有Pull-Up电阻的偏压电源连接，其动作情形如表2所示。
图4 AIC6511典型应用电路
表2 充电指示状态表
输入电源检测防止电池漏电流倒灌
AC Adapter或USB两种不同输入电源皆可对电池充电。若同时接上AC Adapter及USB电源，IC内部开关会优先选择AC Adapter端做为充电器的输入电源;然而，应避免此情况发生。
.ACIN
图4中供一般插座之Adapter电源于VIN脚位（Pin 2）输入，在ACIN充电模式下，能以高达2安培（A）之充电电流对电池进行充电，最大充电电流由RS1电阻设定。
.USBIN
USBIN脚位（Pin 5）供USB电源输入。在选择USBIN充电模式时，其输入限制电流由RILIM电阻设定，设定500毫安（mA）适用于USB 2.0，900毫安适用于USB 3.0.
当使用USBIN模式时，CC Charge电流会随不同输入电压和电池电压变动，藉由检测在CC Charge时流经RS1电阻的电流来调节其固定输入限制电流IUSB_LIM.在充电过程中，若将AC Adapter及USB电源移除，IC内部开关皆会截止并启动防倒灌保护功能，防止电池漏电流逆向倒灌回输入电源端。
充电电流设定
本文范例芯片提供USB及AC Adapter两种输入电源模式选择对电池充电，其充电电流设定如下：
.ACIN充电电流：
透过图4中RS1电阻可设定高达2安培的最大充电电流（Maximum Charge Current）。
……（A）
.Trickle or Pre-Charge充电电流：
不论是ACIN或USBIN，其充电电流（Pre-Charge Current）约为10%的最大充电电流。
……（A）
.USBIN输入限制电流：
透过RILIM电阻可设定其输入限制电流（USBIN Input Current Limit）。
……（mA）
NTC热敏电阻维持电池温度安全
负温度系数（Negative Temperature Coefficient， NTC）热敏电阻的阻值与温度成反比，会因高温递减、低温递增，且温度系数非常大，可用于检测微小的温度变化，因而被广泛的应用在温度的量测与补偿控制。
图5为电池温度检测电路，透过图4中NTC脚位（Pin 14）检测NTC热敏电阻的电压，充电IC能持续检测电池的温度，确保电池温度的安全操作范围。
图5 电池温度检测电路
由NTC脚位（Pin 14）上的电压与NTC高低温位准比较，可得知电池操作温度是否正常;一旦检测到电池温度超过正常操作温度范围，会立即关闭内部的同步降压器并停止充电动作;当电池温度回复至正常温度范围时，充电器将重新恢复充电动作。
内建的NTC磁滞温度比较器，可接受的电压范围为32？74%的VREF33.假设选用103AT-2型号的热敏电阻做为温度传感器（操作温度为 -10？40℃，阻值RTL与RTH为5.827千欧姆（kΩ）与42.470千欧姆），RTL为热敏电阻在低温时的电阻值，RTH为热敏电阻在高温时的 电阻值，根据所选用型号的热敏电阻在高低温时不同的电阻值，再与RT1及RT2配合，将温度信号转变成电压信号，可推算出RT1、RT2的电阻值，计算方 式如下：
……（热敏电阻103AT-2）
……（NTC高温磁滞位准）
……（NTC低温磁滞位准） 整理后可得：
……（kΩ）
……（kΩ）
RT1及RT2选用12千欧姆和5千欧姆，即可完成NTC保护功能。
若在NTC脚位（Pin 14）输入介于NTC高低限电压位准范围内的固定电压时，可使电池温度检测功能除能。
过温度保护防止充电过热
过温度保护（Thermal Shutdown Protection）可避免IC在充电时发生过热情形。
此功能透过监测充电IC的接面温度（Junction Temperature， TJ），一旦发现TJ的温度已达到过温度点（Thermal Shutdown Threshold， TSHTDWN）约150℃左右时，IC便会立即关闭充电器，使其停止充电;待TJ温度降至约130℃时，IC才会重新启动。
选用合适充电IC 锂离子电池充电器更稳定
本文范例IC为开关切换式锂离子电池充电器，内部为同步降压型转换器架构，不须加装额外的开关及二极管，能提供USB及AC Adapter两种输入电源模式选择对电池充电，并具备充电保护功能。
由于锂离子电池的电气特性较镍氢、镍镉电池稳定，在设计充电器方面也相对容易，只要先了解锂离子电池的相关规格、再依需求选择合适的充电IC（图6），就能轻松地设计一个锂离子电池充电器。
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