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高精度线性锉电池充电控制器VM7205
类别:电源技术  
 
(1)特性

VM7205具有下列特性:

输人电压范围高达4.5一12 V;

高于1%的电压精度;

具有预充电功能,用户可以改变预充电流;

具有恒流充电功能,充电电流可调;

具有恒压充电功能;

可以自动再充电;

充电过程中可以对温度进行监控,确保电池安全;

可以对电池内阻动态补偿,以减少充电时间;

双LED状态指示;

具有电池不正常状态检测功能;

电源电压低时进入低功耗的Sleep(睡眠)模式,漏电流极小。

VM7205通过检测电池电压来决定其充电状态(预充电、恒流充电、恒压充电)。当电池电

压小于阂值电压vMIN(一般为3V)时,处于预充电状态,此时以较小的电流对电池进行充电,

预充电的电流可以通过外部电阻进行调整。预充电使电池电压达到VMIN后,VM7205进人恒

定电流充电的快速充电状态,充电电流IREG也可以通过外围电阻调整。

恒定电流充电使电池电压上升到恒定电压充电电压V REG(一般为4.2V)后VM7205

入恒定电压充电状态,此时充电电压的精度优于士1%。在恒定电压充电状态下,充电电流将

逐渐减小。当充电电流小于阂值I~时,充电结束。充电结束后,VM7205始终对电池电压

进行监控,当电池电压小于闭值VRECHG(一般为V REG一125 mV)时,对电池进行再充电,进人

下一个充电周期。

为了安全起见,在整个充电过程中,VM7205利用电池内部的热敏电阻和适当的外围电阻

对电池的温度进行监控,可以使电池的温度控制在用户设置的范围内。当电池温度超过设置

的范围0.5s以后,将停止对电池充电;当电池温度回到设置范围以内0.5s以后,继续充电。

(2)内部电路与引脚功能

VM7205有SOP8, MSOP8两种封装形式。其内部包含电流比较器、电压比较器及定时

器、充电控制电路。VM7205的引脚排列如图所示,各引脚功能见表

VM7205的各引脚功能

VM7205非常适合低成本、便携式的充电器使用,即适用在PDA,移动电话MP3播放

器、数码伴侣充电器及手持设备等使用铿电池供电的设备中。VM7205用PNP晶体管作为调

整管的应用电路图如图所示。VM7205用PMOS管作为调整管的应用电路图如图

所示。

在图所示的电路中,如果铿电池的初始电压低于预充电闭值VMIN,则首先进人预

充电阶段。预充电电流可以用一个外部电阻R9来调整,如R9被连接在CS1端和PNP管的

发射极之间,在VM7205内部还有一个5.1 ka的电阻被连接在VCC和CSl端之间,这两个

电阻形成一个分压网络,预充电的电流由下式来决定:

IPRECHG=(1+R9/5.1+VCSPRE)/R1

R9的单位是kao注意,R9的阻值应小于10 kno

1PRECHG相对于恒定电流充电时的电流来说是比较小的。这是因为,当电池电压VBAT较

小时,如果用大电流对其进行充电,会存在安全上的隐患;同时,当电池电压’VBAT低时,在外部

调整管Q1上的压降较大,这对减小电流对降低Ql的功耗也是非常有利的。

当电池电压达到VMIN时,电池将进人恒定电流充电阶段。其充电电流由IREG二VcsREG/

R1来确定。因此,通过调整电阻R1即可获得希望得到的充电电流。

随着恒定电流充电的进行,电池电压上升,当电池达到一定电压(VREG)时,即进入恒定电

压充电阶段。在此阶段,电池电压不再上升,被恒定在VREG,且充电电流逐渐减小。

在恒定电压充电阶段,充电电流逐渐减小,当电流减小到1TERM=VCSTERM/R1时,电池充电结束,同时,充电电流降为零。

在整个充电过程中,VM7205将通过电池内部的热敏电阻和TS引脚外部的分压网络对电池的温度实行实时监控,避免由于电池温度过高(或过低)而造成电池的损坏或发生危险在一般情况下,当TS端电压VI-S在VTs1与VTS2之间时,VM7205

正常工作。当VTs<VTM或V-S>V二的时间超过0.5时,则说明此时电池温度“过高”或“过低”,充电过程被暂停;

待V恢复到VTS与V二之间,且时间超过0.5s时,即认为电池温度恢复到设定范围内,充电继续进行。

利用温度监控端TS可以实现“充电暂停”功能:使用切换开关将VTS固定在小于VTsl或大于VTS2的某一恒定电平点(一般为VCC或VSS)。需继续充电时,将VTs恢复到VTsl与V二之间即可。这只需在充电器上增加一个转换开关即可实现。

ZEDS端为充电状态指示信号输出端,一般通过红色发光管连接到VCC,在预充电、恒定电流充电、恒定电压充电阶段,LEDS端为低电平,红色发光管亮;当电池状态不正常(VBAT <VBSC)或预充电时间超过15 min或温度监控端电压超出范围(VTS< VTsl或VTS>VTS2)且时间超过0.5s时,LEDS端输出50%占空比的2 Hz脉冲,红色发光管闪烁;充电结束后,LEDS端呈高阻态,红色发光管灭。

LEDT端作为充电结束指示端,可以通过绿色发光管连接到VCC端。在充电过程中,LEDT端电压接近于VCC,绿色发光管灭;充电结束后,LEDT端为低电平,绿色发光管亮。当电源电压VCC低于电池电压时,VM7205将进人低功耗的睡眠模式。

当电源电压为零时,VM7205的DRIVE端通过内部电阻连接到VCC端,从而使PNP调整管的c-b结导通,电池通过调整管和电源内阻放电;对于PMOS调整管,由于其内部含有保护二极管,这就使电池可以通过保护二极管和电源内阻放电。为了抑制这种放电现象,建议在电路中增加一个防反向放电的阻尼二极管D1,如图所示。

当电池电压vBAT低于V二时,VM7205认为电池存在“短路”的可能性。此时,红色发光管闪烁,提醒用户,但充电过程继续进行,如果通过充电使VBAT高于v既时,则红色发光管停止“闪烁”,变为“常亮”,继续充电。

VM7205内部有一个定时器,预充电开始的同时,会启动定时器进行计时,如果在15 min内,预充电还没有结(VsAT< VMIN),则VM7205认为电池存在故障,强迫充电结束,同时,红色发光管“闪烁”,提醒用户处理。此时,用户必须将VM7205“断电”,然后重新接人电源,才可以进行下一个充电周期。

充电结束后,电池电压VBAT应等于VREG,此时红色发光管灭,绿色发光管点亮,表示处于充电结束阶段。但是,如果电池电压VBAT下降到再充电闭值VRECHG时VM7205会自动进人再充电阶段,开始下一个充电周期,同时,红色发光管亮,绿色发光管灭,表示又重新处于充电阶段。

在实际使用中,由于铿电池内部有充电保护电路等外围元件,使得铿电池存在一定的内阻R PACK ,充电过程中,充电电流将在RPACK上产生压降VPACK,这就使得在恒定电压充电过程中,铿电池的实际电压小于VREGo当然,随着充电电流的减小,VPACK也将越来越小,所以,最后的电池电压与V REG是非常接近的。但是,由于RPACK的存在,将使得恒定电压充电的时间变长。

为了有效地抑制RPACK的影响,VM7205提供了一个电池内阻补偿引脚CS2/LEDT(与LEDT复用)。通过调节其外围电阻RZ,R3,即可控制CS2端与CS1端的电压差(VCSZ/LEDT一UCSI),使VREG产生一个附加电压A VREG ,用它来抵消R PACK的影响,从而有效地缩短充电时间。

R2与绿色发光管并联,并且充电结束后,R3与绿色发光管也是并联的。因此,Rz,R3都不宜太小,否则会影响绿色发光管的发光强度。一般,RZ,R3应控制在3叻以上。RZ、R3的选取原则是:将其中较小的一个电阻定在3一5叻之间,然后再根据需要确定另一个电阻;若用户不需要使用电池内阻补偿功能,R3的阻值可选用3-5功的金属膜电阻,而R2不用。

在设计PCB时,Rl最好放置在V哎与VM7205的CS1端之间,应使Rl两端的连线尽量地短,同时C1应紧挨着R1放置;电容C2应紧挨着电路VM7205,并使C1、RE Q1,C2及VM7205回路的走线以短、粗为宜。

 
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