用于电池测试/化成系统的 精密模拟前端和控制器 AD8450 产品特性 概述 自动切换的集成式恒流和恒压模式 充电和放电模式 精密电压和电流测量 集成精密控制反馈模块 PWM或线性功率转换器的精密接口 可编程增益设置 电流检测增益：26、66、133和200 电压检测增益：0.2、0.27、0.4和0.8 可编程OVP和OCP故障检测 均流和电流平衡 出色的交流和直流性能 最大失调电压漂移：0.6 µV/°C 最大增益漂移：3 ppm/°C 电流检测放大器输入电压噪声很低： ≤9 nV/√Hz 电流检测CMRR：126 dB(最小值，增益 = 200) 兼容TTL逻辑 AD8450是一款用于电池测试和监控的精密模拟前端和控制 器。精密可编程增益仪表放大器(PGIA)测量电池充电/放电 电流，而可编程增益差动放大器(PGDA)测量电池电压(参 见图1)。内部激光微调电阻网络设置PGIA和PGDA的增益， 并在额定温度范围内优化AD8450的性能。PGIA增益是26、 66、133和200。PGDA增益是0.2、0.27、0.4和0.8。 ISET和VSET输入端的电压用来设置所需的恒定电流(CC)和 恒定电压(CV)。CC到CV自动无缝切换。 MODE管脚(TTL逻辑电平)用于选择充电模式或放电模式 (高电平为充电，低电平为放电)。模拟输出VCTRL直接与 ADI公司的ADP1972 PWM控制器对接。 AD8450集成电阻可编程过压和过流检测以及均流电路。均 流用来在多个电池之间平衡电荷。 AD8450通过提供出色的精度、性能(全温度范围内)、灵活 的功能以及整体可靠性来简化设计，并具有节省空间的封 装。AD8450采用80引脚、14 mm x 14 mm x 1 mm LQFP封 装，额定工作温度范围为−40°C至+85°C。 应用 电池化成和测试 电池模块测试 功能框图 ISREFH/ ISREFL ISMEA ISET IVE0/ IVE1 VINT AD8450 GAIN NETWORK AND MUX CONSTANT CURRENT LOOP FILTER 26, 66, 133, 200 CURRENT SHARING CURRENT SENSE PGIA (CHARGE/ DISCHARGE) SWITCHING MODE VOLTAGE SENSE PGDA GAIN NETWORK IMAX VCLP ISVN BVPx CSH 0.2, 0.27, 0.4, 0.8 CONSTANT VOLTAGE LOOP FILTER BVNx BVREFH/ BVREFL BVMEA VSET VVE0/ VVE1 VVP0 VSETBF VINT VCTRL 1× VCLN VOLTAGE REFERENCE VREF FAULT DETECTION FAULT OVPS/ OVPR OCPS/ OCPR 11966-001 ISVP 图1. Rev. 0 Document Feedback Information furnished by Analog Devices is believed to be accurate and reliable. However, no responsibility is assumed by Analog Devices for its use, nor for any infringements of patents or other rights of third parties that may result from its use. Specifications subject to change without notice. No license is granted by implication or otherwise under any patent or patent rights of Analog Devices. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. Tel: 781.329.4700 ©2014 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Technical Support www.analog.com ADI中文版数据手册是英文版数据手册的译文，敬请谅解翻译中可能存在的语言组织或翻译错误，ADI不对翻译中存在的差异或由此产生的错误负责。如需确认任何词语的准确性，请参考ADI提供 的最新英文版数据手册。 AD8450 目录 产品特性 ......................................................................................... 1 应用.................................................................................................. 1 概述.................................................................................................. 1 功能框图 ......................................................................................... 1 修订历史 ......................................................................................... 2 技术规格 ......................................................................................... 3 绝对最大额定值............................................................................ 8 热阻 ............................................................................................ 8 ESD警告..................................................................................... 8 引脚配置和功能描述 ................................................................... 9 典型性能参数 .............................................................................. 11 PGIA特性................................................................................. 11 PGDA特性............................................................................... 13 CC和CV环路滤波器放大器、非专用运算放大器和 VSET缓冲器 ............................................................................ 15 VINT缓冲器............................................................................ 17 均流放大器 ............................................................................. 18 比较器 ...................................................................................... 19 基准电压源特性..................................................................... 20 工作原理 ....................................................................................... 21 简介 .......................................................................................... 21 可编程增益仪表放大器(PGIA) .......................................... 23 可编程增益差动放大器(PGDA)......................................... 24 CC和CV环路滤波器放大器................................................ 24 补偿 .......................................................................................... 26 VINT缓冲器............................................................................ 26 MODE引脚，充电和放电控制............................................. 6 过流和过压比较器 ................................................................ 27 均流总线和IMAX输出 ......................................................... 28 应用信息 ....................................................................................... 29 功能描述.................................................................................. 29 电源连接.................................................................................. 30 PGIA连接................................................................................. 30 PGDA连接............................................................................... 30 电池电流和电压控制输入(ISET和VSET)......................... 31 环路滤波器放大器 ................................................................ 31 连接PWM控制器(VCTRL引脚) ......................................... 31 过压和过流比较器 ................................................................ 31 逐步设计示例 ......................................................................... 32 评估板 ........................................................................................... 33 简介 .......................................................................................... 33 特性和测试 ............................................................................. 33 评估AD8450............................................................................ 34 原理图和PCB布局图............................................................. 36 外形尺寸 ....................................................................................... 40 订购指南.................................................................................. 40 修订历史 2014年1月—修订版0：初始版 Rev. 0 | Page 2 of 40 AD8450 技术规格 除非另有说明，AVCC = +25 V，AVEE = −5 V；AVCC = +15 V，AVEE = −15 V；DVCC = +5 V；PGIA增益 = 26、66、133或200； PGDA增益 = 0.2、0.27、0.4或0.8；TA = 25°C。 表1. 参数 电流检测PGIA 内部固定增益 增益误差 增益漂移 增益非线性度 失调电压(RTI) 失调电压漂移 输入偏置电流 温度系数 输入失调电流 温度系数 输入共模电压范围 全温度范围 过压输入范围 差分输入阻抗 输入共模阻抗 输出电压摆幅 全温度范围 容性负载驱动 短路电流 基准输入电压范围 基准输入偏置电流 输出电压电平转换 最大值 比例因子 CMRR 增益 = 26 增益 = 66 增益 = 133 增益 = 200 温度系数 PSRR 增益 = 26 增益 = 66 增益 = 133 增益 = 200 电压噪声 增益 = 26 增益 = 66 增益 = 133 增益 = 200 峰峰值电压噪声 电流噪声 峰峰值电流噪声 测试条件/注释 最小值 典型值 最大值 26, 66, 133, 200 VISMEA = ±10 V TA = TMIN至T MAX VISMEA = ±10 V, RL = 2 kΩ 增益 = 200，ISREFH和ISREFL引脚接地 TA = TMIN至T MAX −110 15 TA = TMIN至T MAX TA = TMIN至T MAX VISVP − VISVN = 0 V TA = TMIN至T MAX AVEE + 2.3 AVEE + 2.6 AVCC − 55 ±0.1 3 3 +110 0.6 30 150 2 10 AVCC − 2.4 AVCC − 2.6 AVEE + 55 150 150 AVEE + 1.5 AVEE + 1.7 TA = TMIN至T MAX AVCC − 1.2 AVCC − 1.4 1000 40 ISREFH和ISREFL引脚相连 VISVP = VISVN = 0 V ISREFL引脚接地 ISREFH引脚连接到VREF引脚 VISMEA/VISREFH ∆ VCM = 20 V AVCC AVEE 5 17 6.8 20 8 108 116 122 126 V/V % ppm/°C ppm µV µV/°C nA pA/°C nA pA/°C V V V GΩ GΩ V V pF mA V µA 23 9.2 mV mV/V 0.01 dB dB dB dB µV/V/°C 108 116 122 126 TA = TMIN至T MAX ∆ VS = 20 V 单位 122 130 136 140 dB dB dB dB 9 8 7 7 0.2 80 5 nV/√Hz nV/√Hz nV/√Hz nV/√Hz µV p-p fA/√Hz pA p-p f = 1 kHz f = 0.1 Hz至10 Hz，所有固定增益 f = 1 kHz f = 0.1 Hz至10 Hz Rev. 0 | Page 3 of 40 AD8450 参数 小信号−3 dB带宽 增益= 26 增益= 66 增益= 133 增益= 200 压摆率 电压检测PGDA 内部固定增益 增益误差 增益漂移 增益非线性度 失调电压(RTO) 失调电压漂移 差分输入电压范围 输入共模电压范围 差分输入阻抗 增益= 0.2 增益= 0.27 增益= 0.4 增益= 0.8 输入共模阻抗 增益= 0.2 增益= 0.27 增益= 0.4 增益= 0.8 输出电压摆幅 全温度范围 容性负载驱动 短路电流 基准输入电压范围 输出电压电平转换 最大值 比例因子 CMRR 温度系数 PSRR 输出电压噪声 增益= 0.2 增益= 0.27 增益= 0.4 增益= 0.8 峰峰值电压噪声 增益= 0.2 增益= 0.27 增益= 0.4 增益= 0.8 测试条件/注释 最小值 典型值 最大值 1.5 630 330 220 5 ∆V ISMEA = 10 V MHz kHz kHz kHz V/µs 0.2, 0.27, 0.4, 0.8 VIN = ±10 V TA = TMIN至T MAX VBVMEA = ±10 V, RL = 2 kΩ BVREFH和BVREFL引脚接地 TA = TMIN至T MAX 增益= 0.8, VBVN0 = 0 V, VBVREFL = 0 V AVCC = +15 V, AVEE = −15 V AVCC = +25 V, AVEE = −5 V 增益= 0.8, V BVMEA = 0 V AVCC = +15 V, AVEE = −15 V AVCC = +25 V, AVEE = −5 V ±0.1 3 3 500 4 V/V % ppm/°C ppm µV µV/°C −16 −4 +16 +29 V V −27 −7 +27 +50 V V 800 600 400 200 kΩ kΩ kΩ kΩ 240 190 140 90 kΩ kΩ kΩ kΩ V V pF mA V AVEE + 1.5 AVEE + 1.7 TA = TMIN至T MAX AVCC − 1.5 AVCC − 1.7 1000 30 BVREFH和BVREFL引脚相连 BVREFL引脚接地 BVREFH引脚连接到VREF引脚 VBVMEA/VBVREFH ∆V CM = 10 V，所有固定增益，RTO TA = TMIN 至T MAX ∆V S = 20 V，所有固定增益，RTO f = 1 kHz, RTI 单位 AVEE 4.5 1.8 80 AVCC 5 2 5.5 2.2 0.05 100 mV mV/V dB µV/V/°C dB 325 250 180 105 nV/√Hz nV/√Hz nV/√Hz nV/√Hz 6 5 3 2 µV p-p µV p-p µV p-p µV p-p f = 0.1 Hz 至10 Hz, RTI Rev. 0 | Page 4 of 40 AD8450 参数 小信号−3 dB带宽 增益= 0.2 增益 = 0.27 增益= 0.4 增益= 0.8 压摆率 恒流和恒压环路滤波器放大器 失调电压 失调电压漂移 输入偏置电流 全温度范围 输入共模电压范围 输出电压摆幅 全温度范围 闭环输出阻抗 容性负载驱动 源短路电流 吸短路电流 开环增益 CMRR PSRR 电压噪声 峰峰值电压噪声 电流噪声 峰峰值电流噪声 小信号增益带宽积 压摆率 CC至CV转换时间 非专用运算放大器 失调电压 失调电压漂移 输入偏置电流 全温度范围 输入共模电压范围 输出电压摆幅 全温度范围 闭环输出阻抗 容性负载驱动 短路电流 开环增益 CMRR PSRR 电压噪声 峰峰值电压噪声 电流噪声 峰峰值电流噪声 小信号增益带宽积 压摆率 测试条件/注释 最小值 典型值 最大值 420 730 940 1000 0.8 TA = TMIN至T MAX VVCLN = AVEE + 1 V, VVCLP = AVCC − 1 V TA = TMIN至T MAX kHz kHz kHz kHz V/µs 150 0.6 +5 +5 AVCC − 1.8 AVCC − 1 AVCC − 1 TA = TMIN至T MAX −5 −5 AVEE + 1.5 AVEE + 1.5 AVEE + 1.7 0.01 1000 1 40 140 ∆V CM = 10 V ∆V S = 20 V f = 1 kHz f = 0.1 Hz至10 Hz f = 1 kHz f = 0.1 Hz至10 Hz 100 100 10 0.3 80 5 3 1 1.5 ∆V VINT = 10 V −5 −5 AVEE + 1.5 AVEE + 1.5 AVEE + 1.7 TA = TMIN至T MAX TA = TMIN至T MAX 0.01 1000 40 140 RL = 2 kΩ ∆V CM = 10 V ∆V S = 20 V f = 1 kHz f = 0.1 Hz至10 Hz f = 1 kHz f = 0.1 Hz至10 Hz 100 100 10 0.3 80 5 3 1 ∆V OAVO = 10 V Rev. 0 | Page 5 of 40 µV µV/°C nA nA V V V Ω pF mA mA dB dB dB nV/√Hz µV p-p fA/√Hz pA p-p MHz µs 150 0.6 +5 +5 AVCC − 1.8 AVCC − 1.5 AVCC − 1.5 TA = TMIN至TMAX 单位 µV µV/°C nA nA V V V Ω pF mA dB dB dB nV/√Hz µV p-p fA/√Hz pA p-p MHz V/µs AD8450 参数 均流总线放大器 标称增益 失调电压 失调电压漂移 输出电压摆幅 全温度范围 容性负载驱动 源短路电流 吸短路电流 CMRR PSRR 电压噪声 峰峰值电压噪声 小信号−3 dB带宽 压摆率 转换时间 均流、VINT和恒压缓冲器 标称增益 失调电压 失调电压漂移 输入偏置电流 全温度范围 输入电压范围 输出电压摆幅 均流和恒压缓冲器 全温度范围 VINT缓冲器 全温度范围 输出箝位电压范围 VCLP引脚 VCLN引脚 闭环输出阻抗 容性负载驱动 短路电流 PSRR 电压噪声 峰峰值电压噪声 电流噪声 峰峰值电流噪声 小信号−3 dB带宽 压摆率 过流和过压故障比较器 高阈值电压 温度系数 低阈值电压 温度系数 输入偏置电流 输入电压范围 差分输入电压范围 测试条件/注释 最小值 典型值 最大值 1 150 0.6 AVCC − 1.5 AVCC − 1.7 1000 TA = TMIN至T MAX AVEE + 1.5 AVEE + 1.7 TA = TMIN至T MAX 40 0.5 ∆V CM = 10 V ∆V S = 20 V f = 1 kHz f = 0.1 Hz至10 Hz 100 100 10 0.4 3 1 1.5 ∆V CS = 10 V 1 TA = TMIN至T MAX 仅CV缓冲器 TA = TMIN至T MAX TA = TMIN至T MAX TA = TMIN至T MAX 仅VINT缓冲器 V/V µV µV/°C V V pF mA mA dB dB nV/√Hz µV p-p MHz V/µs µs −5 −5 AVEE + 1.5 150 0.6 +5 +5 AVCC − 1.8 V/V µV µV/°C nA nA V AVEE + 1.5 AVEE + 1.7 VVCLN − 0.6 VVCLN − 0.6 AVCC − 1.5 AVCC − 1.5 VVCLP + 0.6 VVCLP + 0.6 V V V V VVCLN AVEE + 1 AVCC − 1 VVCLP V V Ω pF mA dB nV/√Hz µV p-p fA/√Hz pA p-p MHz V/µs 1 1000 40 ∆V S = 20 V f = 1 kHz f = 0.1 Hz 至10 Hz f = 1 kHz，仅CV缓冲器 f = 0.1 Hz 至10 Hz 100 10 0.3 80 5 3 1 ∆V OUT = 10 V 相对于OVPR和OCPR引脚 相对于OVPR和OCPR引脚 −45 OVPR、OCPR、OVPS和OCPS引脚 AVEE −7 Rev. 0 | Page 6 of 40 单位 30 100 −30 −100 250 45 AVCC − 3 +7 mV µV/°C mV µV/°C nA V V AD8450 参数 故障输出逻辑电平 输出高电压VOH 输出低电压VOL 传播延迟 故障上升时间 故障下降时间 基准电压源 标称输出电压 输出电压误差 温度漂移 电压调整率 负载调整率 输出电流(流出) 电压噪声 峰峰值电压噪声 数字接口、模式输入 输入高电压VIH 输入低电压VIL 模式切换时间 电源 工作电压范围 AVCC AVEE 模拟电源范围 DVCC 静态电流 AVCC AVEE DVCC 温度范围 额定性能 工作 测试条件/注释 FAULT引脚(引脚46) ILOAD = 200 µA ILOAD = 200 µA CLOAD = 10 pF CLOAD = 10 pF CLOAD = 10 pF 最小值 典型值 最大值 4.5 0.5 500 150 150 2.5 相对于AGND ±1 10 40 400 10 TA = TMIN至T MAX ∆V S = 10 V ∆IVREF = 1 mA(仅源) f = 1 kHz f = 0.1 Hz至10 Hz MODE引脚(引脚39) 相对于DGND 相对于DGND 100 5 2.0 DGND AVCC − AVEE 7 6.5 40 −40 −55 Rev. 0 | Page 7 of 40 V V ns ns ns V % ppm/°C ppm/V ppm/mA mA nV/√Hz µV p-p DVCC 0.8 V V ns 36 0 36 5 V V V V 10 10 70 mA mA µA +85 +125 °C °C 500 5 −31 5 3 单位 AD8450 绝对最大额定值 热阻 表2. 参数 模拟电源电压(AVCC − AVEE) 数字电源电压(DVCC − DGND) 任何输入引脚端的最大电压 任何输入引脚端的最小电压 工作温度范围 存储温度范围 θJA值的假设前提是一个密封型4层JEDEC标准板。 额定值 36 V 36 V AVCC AVEE −40°C至+ 85°C −65°C至+150°C 表3. 热阻 封装类型 80引脚 LQFP 注意，等于或超出上述绝对最大额定值可能会导致产品永 久性损坏。这只是额定最值，并不能以这些条件或者在任 何其它超出本技术规范操作章节中所示规格的条件下，推 断产品能否正常工作。长期在超出最大额定值条件下工作 会影响产品的可靠性。 θJA 54.7 单位 °C/W ESD警告 Rev. 0 | Page 8 of 40 ESD(静电放电)敏感器件。 带电器件和电路板可能会在没有察觉的情况下放电。尽 管本产品具有专利或专有保护电路，但在遇到高能量 ESD时，器件可能会损坏。因此，应当采取适当的ESD 防范措施，以避免器件性能下降或功能丧失。 AD8450 AVEE NC VINT IVE1 IVE0 NC ISET OAVO OAVN ISMEA AVCC AVEE VREF AGND ISREFH ISREFL OAVP ISREFLS IMAX CSH 引脚配置和功能描述 80 79 78 77 76 75 74 73 72 71 70 69 68 67 66 65 64 63 62 61 60 VCLP ISVP 1 PIN 1 RGP 2 59 VCTRL RGPS 3 58 VCLN ISGP0 4 57 AVCC 56 VINT ISGP0S 5 ISGP1 6 55 NC ISGP1S 7 54 VVE1 ISGP2 8 53 VVE0 AD8450 ISGP3 9 52 NC TOP VIEW (Not to Scale) RFBP 10 51 VVP0 RFBN 11 50 VSETBF ISGN3 12 49 VSET ISGN2 13 48 NC 47 DVCC ISGN1S 14 ISGN1 15 46 FAULT ISGN0S 16 45 DGND ISGN0 17 44 OCPS RGNS 18 43 OCPR RGN 19 42 VREF ISVN 20 41 OVPR NOTES 1. NC = NO CONNECT. 11966-002 OVPS MODE AVCC BVMEA AVEE BVN3S BVN3 BVN1 BVN2 BVN0 BVREFLS AGND BVREFL BVREFH BVP0 VREF BVP1 BVP2 BVP3 BVP3S 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 图2. 引脚配置 表4. 引脚功能描述 输入/ 输出1 输入 不适用 引脚编号 1, 20 2, 19 引脚名称 ISVP, ISVN RGP, RGN 3, 18 4, 6, 8, 9, 12, 13, 15, 17 5, 7, 14, 16 10, 11 21, 35 22, 23, 24, 25, 31, 32, 33, 34 26, 42, 73 27 RGPS, RGNS ISGP0, ISGP1, ISGP2, ISGP3, ISGN3, ISGN2, ISGN1, ISGN0 ISGP0S, ISGP1S, ISGN1S, ISGN0S RFBP, RFBN BVP3S, BVN3S BVP3, BVP2, BVP1, BVP0, BVN0, BVN1, BVN2, BVN3 VREF BVREFH 不适用 不适用 说明 电流检测仪表放大器正(同相)和负(反相)输入。接在分流电阻两端。 电流检测仪表放大器增益设置引脚。将这些引脚连接到适当的电阻网络增益引脚以选择电流 检测增益(参见表5)。 电流检测仪表放大器增益设置引脚(RGP和RGN)的开尔文检测引脚。 电流检测仪表放大器电阻网络增益引脚(参见表5)。 不适用 ISGP0、ISGP1、ISGN1和ISGN0引脚的开尔文检测引脚。 输出 不适用 输入 电流检测前置放大器正负输出。 电压检测差动放大器输入BVP3和BVN3的开尔文检测引脚。 电压检测差动放大器输入。各输入对(BVPx和BVNx)对应于不同的电压检测增益(参见表6)。 输出 输入 基准电压输出引脚。VREF = 2.5 V。 电压检测差动放大器的基准输入。为使电压检测差动放大器的输出电平偏移大约5 mV，应将 此引脚连接到VREF引脚。其它情况下，应将此引脚连接到BVREFL引脚。 28, 75 29 30 AGND BVREFL BVREFLS 不适用 输入 不适用 模拟地引脚。 电压检测差动放大器的基准输入。默认接地。 BVREFL引脚的开尔文检测引脚。 Rev. 0 | Page 9 of 40 AD8450 引脚编号 36, 61, 72 38, 57, 70 37 39 40 41 43 44 45 46 47 48, 52, 55, 63, 66 49 50 51 53 54 56, 62 58 59 引脚名称 AVEE AVCC BVMEA MODE OVPS OVPR OCPR OCPS DGND FAULT DVCC NC 输入/ 输出1 不适用 不适用 输出 输入 输入 输入 输入 输入 不适用 输出 不适用 不适用 说明 负模拟电源引脚。默认电压为−5 V。 正模拟电源引脚。默认电压为+25 V。 电压检测差动放大器输出。 用于选择充电或放电模式的CMOS逻辑输入。低电平 = 放电，高电平 = 充电。 过压保护比较器的同相检测输入。 过压保护比较器的反相基准输入。此引脚通常连接到2.5 V基准电压(VREF)。 过流保护检测比较器的反相基准输入。此引脚通常连接到2.5 V基准电压(VREF)。 过流保护检测比较器的同相检测输入。 数字地引脚。 过压或过流故障检测逻辑输出(低电平有效)。 数字电源。默认电压为+5 V。 不连接。 VSET VSETBF VVP0 VVE0 VVE1 VINT VCLN VCTRL 输入 输出 输入 输入 输入 输出 输入 输出 电压检测控制环路的目标电压。 缓冲电压VSET。 放电模式电压检测积分器的同相输入。 放电模式电压检测积分器的反相输入。 充电模式电压检测积分器的反相输入。 电压检测和电流检测积分器放大器的最小输出。 VCTRL的低箝位电压。 控制器输出电压。此引脚连接到PWM控制器的输入(例如，ADP1972的COMP引脚)。 60 64 65 67 68 69 71 74 VCLP IVE1 IVE0 ISET OAVO OAVN ISMEA ISREFH 输入 输入 输入 输入 输出 输入 输出 输入 76 77 78 79 80 ISREFL ISREFLS OAVP IMAX CSH 输入 不适用 输入 输出 输入 VCTRL的高箝位电压。 充电模式电流检测积分器的反相输入。 放电模式电流检测积分器的反相输入。 电流检测控制环路的目标电压。 非专用运算放大器的输出。 非专用运算放大器的反相输入。 电流检测仪表放大器输出。 电流检测放大器的基准输入。为使电流检测仪表放大器的输出电平偏移大约20 mV，应将 此引脚连接到VREF引脚。其它情况下，应将此引脚连接到ISREFL引脚。 电流检测放大器的基准输入。默认接地。 ISREFL引脚的开尔文检测引脚。 非专用运算放大器的同相输入。 施加于均流(CSH)引脚的所有电压中的最大电压。 均流总线放大器输出。 1 N/A表示不适用。 Rev. 0 | Page 10 of 40 AD8450 典型性能参数 除非另有说明，TA = 25°C，AVCC = +25 V，AVEE = −5 V，RL = ∞。 PGIA特性 20 INPUT COMMON-MODE VOLTAGE (V) 25 20 15 10 5 0 AVCC = +25V AVEE = –5V –10 –10 –5 0 5 10 15 20 25 30 OUTPUT VOLTAGE (V) 10 5 0 –5 –10 –15 AVCC = +15V AVEE = –15V –20 –20 –15 –10 15 15 10 10 GAIN = 200 5 GAIN = 26 –5 –10 5 10 15 20 AVCC = +15V AVEE = –15V GAIN = 200 5 0 GAIN = 26 –5 –10 AVCC = +25V AVEE = –5V 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 INPUT VOLTAGE (V) –15 –45–40–35–30–25–20–15–10 –5 0 11966-005 –15 –35 –30 –25 –20 –15 –10 –5 5 10 15 20 25 30 35 40 45 INPUT VOLTAGE (V) 图4. 输入过压性能(AVCC = +25 V，AVEE = −5 V) 17.0 0 图6. 输入共模电压与输出电压的关系 (AVCC = +15 V，AVEE = −15 V) INPUT CURRENT (mA) INPUT CURRENT (mA) 图3. 输入共模电压与输出电压的关系 (AVCC = +25 V，AVEE = −5 V) 0 –5 OUTPUT VOLTAGE (V) 11966-006 –5 VALID FOR ALL GAINS 15 11966-004 VALID FOR ALL GAINS 11966-003 INPUT COMMON-MODE VOLTAGE (V) 30 图7. 输入过压性能(AVCC = +15 V，AVEE = −15 V) 20 VALID FOR ALL GAINS 16.8 19 INPUT BIAS CURRENT (nA) 16.4 AVCC = +15V AVEE = –15V 16.2 16.0 AVCC = +25V AVEE = –5V 15.8 15.6 15.4 17 +IB 16 –IB 15 14 –10 –5 0 5 10 15 INPUT COMMON-MODE VOLTAGE (V) 20 25 图5. 输入偏置电流与输入共模电压的关系 12 –40 –30 –20 –10 0 10 20 30 40 50 60 TEMPERATURE (°C) 图8. 输入偏置电流与温度的关系 Rev. 0 | Page 11 of 40 70 80 90 11966-008 15.0 –15 18 13 15.2 11966-007 INPUT BIAS CURRENT (nA) 16.6 AD8450 20 160 GAIN = 200 GAIN = 133 GAIN = 66 GAIN = 26 150 0 140 GAIN = 200 120 GAIN = 66 CMRR (dB) GAIN ERROR (µV/V) 130 –20 –40 GAIN = 133 110 100 90 –60 80 GAIN = 26 70 –80 10 20 30 40 50 60 70 80 90 TEMPERATURE (°C) 50 0.1 11966-009 0 1 100 1k 10k 100k 100k 1M FREQUENCY (Hz) 图12. CMRR与频率的关系 图9. 增益误差与温度的关系 0.3 10 11966-012 60 –100 –40 –30 –20 –10 160 AVCC = +25V AVEE = –5V 140 0.2 120 0 –0.1 –0.3 –40 –30 –20 –10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 TEMPERATURE (°C) 90 80 60 40 GAIN 20 200 133 66 26 0 1 AVCC 10 GAIN = 200 GAIN = 133 GAIN = 66 30 10 0 –10 10k 100k FREQUENCY (Hz) 1M 10M 11966-011 GAIN (dB) GAIN = 26 20 AVCC = +15V AVEE = –15V –20 100 1k 1k 10k 图13. PSRR与频率的关系 SPECTRAL DENSITY VOLTAGE NOISE (nV/√Hz) 40 100 FREQUENCY (Hz) 图10. 归一化CMRR与温度的关系 50 AVEE 图11. 增益与频率的关系 100 GAIN = 200 GAIN = 133 GAIN = 66 GAIN = 26 RTI 10 1 0.1 1 10 100 1k 10k FREQUENCY (Hz) 图14. 电压噪声(RTI)谱密度与频率的关系 Rev. 0 | Page 12 of 40 100k 11966-014 –0.2 200 133 66 26 11966-010 GAIN = GAIN = GAIN = GAIN = 100 11966-013 PSRR (dB) CMRR (µV/V) 0.1 AD8450 PGDA特性 50 20 10 0 –10 –20 –30 –5 0 5 10 15 20 25 30 OUTPUT VOLTAGE (V) 20 10 0 –10 –20 –30 –40 –50 –20 0 GAIN ERROR (ppm) –10 –20 –30 100k 1M FREQUENCY (Hz) 15 20 –100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 TEMPERATURE (°C) 图19. 增益误差与温度的关系 3 2 –40 1 CMRR (µV/V) –20 –60 –80 0 –1 GAIN = 0.80 GAIN = 0.40 GAIN = 0.27 GAIN = 0.20 –100 1k 10k 100k FREQUENCY (Hz) 1M GAIN = 0.80 GAIN = 0.40 GAIN = 0.27 GAIN = 0.20 –2 11966-020 CMRR (dB) 10 GAIN = 0.80 GAIN = 0.40 GAIN = 0.27 GAIN = 0.20 –200 –40 –30 –20 –10 VALID FOR ALL RATED SUPPLY VOLTAGES –120 100 5 –50 图16. 增益与频率的关系 0 0 –150 GAIN = 0.80 GAIN = 0.40 GAIN = 0.27 GAIN = 0.20 11966-019 GAIN (dB) 50 10k –5 图18. 输入共模电压与输出电压的关系 (AVCC = +15 V，AVEE = −15 V) 0 VALID FOR ALL RATED SUPPLY VOLTAGES –50 100 1k –10 OUTPUT VOLTAGE (V) 图15. 输入共模电压与输出电压的关系 (AVCC = +25 V，AVEE = −5 V) –40 –15 图17. CMRR与频率的关系 –3 –40 –30 –20 –10 0 10 20 30 40 50 60 TEMPERATURE (°C) 图20. 归一化CMRR与温度的关系 Rev. 0 | Page 13 of 40 70 80 90 11966-018 –40 –10 30 11966-016 30 GAIN = 0.80 GAIN = 0.40 GAIN = 0.27 GAIN = 0.20 40 11966-017 40 INPUT COMMON-MODE VOLTAGE (V) GAIN = 0.80 GAIN = 0.40 GAIN = 0.27 GAIN = 0.20 11966-015 INPUT COMMON-MODE VOLTAGE (V) 60 50 AD8450 AVEE 0.80 0.40 0.27 0.20 –20 –40 PSRR (dB) AVCC –60 –80 –100 –120 VALID FOR ALL RATED SUPPLY VOLTAGES 10 100 1k 10k FREQUENCY (Hz) 100k 11966-021 –140 图21. PSRR与频率的关系 1k GAIN = 0.80 GAIN = 0.40 GAIN = 0.27 GAIN = 0.20 RTI 100 10 0.1 1 10 100 1k 10k FREQUENCY (Hz) 图22. 电压噪声(RTI)谱密度与频率的关系 Rev. 0 | Page 14 of 40 100k 11966-022 GAIN SPECTRAL DENSITY VOLTAGE NOISE (nV/√Hz) 0 AD8450 500 2.0 400 1.8 OUTPUT SOURCE CURRENT (mA) 300 AVCC = +15V AVEE = –15V AVCC = +25V AVEE = –5V 100 0 –100 –200 –300 1.6 1.4 1.0 0.6 0.4 0 5 10 15 20 25 0 –40 –30 –20 –10 30 40 50 60 70 OPEN-LOOP GAIN (dB) AVCC = +25V AVEE = –5V 60 50 AVCC = +15V AVEE = –15V 30 –5 0 5 10 15 20 25 INPUT COMMON-MODE VOLTAGE (V) 11966-024 10 PHASE 80 –90.0 –112.5 60 –135.0 40 GAIN 20 –157.5 0 –180.0 –20 –202.5 20 –10 90 –67.5 100 80 70 80 –45.0 120 90 INPUT BIAS CURRENT (pA) 20 图26. 输出源电流与温度的关系(两种电源电压组合) 100 –40 10 100 1k 10k 100k 1M –225.0 10M FREQUENCY (Hz) 图24. 输入偏置电流与输入共模电压的关系(两种电源电压组合) 图27. 开环增益和相位与频率的关系 100 160 80 140 120 CMRR (dB) 60 40 20 0 100 UNCOMMITTED OP AMP 80 60 40 –20 –40 –40 –30 –20 –10 0 10 20 30 40 50 60 TEMPERATURE (°C) 70 80 CONSTANT CURRENT LOOP AND CONSTANT VOLTAGE LOOP FILTER AMPLIFIERS 20 –IB +IB 90 11966-025 INPUT BIAS CURRENT (nA) 10 TEMPERATURE (°C) 图23. 输入失调电压与输入共模电压的关系(两种电源电压组合) 0 –15 0 PHASE (Degrees) –5 11966-023 –10 11966-026 0.2 INPUT COMMON-MODE VOLTAGE (V) 40 AVCC = +15V AVEE = –15V 0.8 –400 –500 –15 AVCC = +25V AVEE = –5V 1.2 11966-027 200 CONSTANT CURRENT LOOP AND CONSTANT VOLTAGE LOOP AMPLIFIERS 0 10 100 1k 10k FREQUENCY (Hz) 图28. CMRR与频率的关系 图25. 输入偏置电流与温度的关系 Rev. 0 | Page 15 of 40 100k 1M 11966-028 INPUT OFFSET VOLTAGE (µV) CC和CV环路滤波器放大器、非专用运算放大器和VSET缓冲器 AD8450 1.5 140 120 1.0 +PSRR OUTPUT VOLTAGE (V) PSRR (dB) 100 80 60 –PSRR 40 AVCC = +15V AVEE = –15V 0.5 0 –0.5 –1.0 20 TRANSITION ISET 1k 10k 100k 1M FREQUENCY (Hz) 100 10 10 100 FREQUENCY (Hz) 1k 10k 100k 11966-030 SPECTRAL DENSITY VOLTAGE NOISE (nV/√Hz) 1k 1 –10 –5 0 5 10 15 TIME (µs) 图31. CC至CV转换 图29. PSRR与频率的关系 1 0.1 –1.5 –15 图30. 运算放大器和缓冲器的电压噪声频谱密度范围与频率的关系 Rev. 0 | Page 16 of 40 20 25 30 35 11966-031 100 11966-029 VCTRL 0 10 AD8450 VINT缓冲器 0.5 6 CL = 100pF RL = 2kΩ VCTRL OUTPUT WRT VCLP 0.4 OUTPUT VOLTAGE (V) OUTPUT VOLTAGE SWING (V) 5 0.3 0.2 0.1 VCLP AND VCLN REFERENCE 0 VALID FOR ALL RATED SUPPLY VOLTAGES –0.1 –0.2 4 3 2 1 –0.3 VCTRL OUTPUT WRT VCLN 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 TEMPERATURE (°C) –1 11966-032 –0.5 –40 –30 –20 –10 0 10 15 20 25 30 35 40 TIME (µs) 图35. 大信号瞬变响应(RL = 2 kΩ，CL = 100 pF) 图32. 相对于VCLP和VCLN的输出电压摆幅与温度的关系 图33. 三个温度下输出电压摆幅与负载阻抗的关系 图36. 小信号瞬变响应与容性负载的关系 6 100 5 OUTPUT IMPEDANCE ( ) VCLP 4 TEMP 3 VCLP VCLN –40°C 0°C +25°C +85°C VIN = +6V/–1V 2 1 10 1 –1 10 15 20 25 30 35 OUTPUT CURRENT (mA) 40 0.1 10 100 1k 10k 100k FREQUENCY (Hz) 图37. 输出阻抗与频率的关系 图34. 四个温度下箝位输出电压与输出电流的关系 Rev. 0 | Page 17 of 40 1M 11966-037 VCLN 0 11966-034 CLAMPED OUTPUT VOLTAGE (V) 5 11966-035 –0.4 AD8450 均流放大器 3 VALID FOR ALL RATED SUPPLY VOLTAGES 2 OUTPUT VOLTAGE (V) –0.25 –0.30 –0.35 –0.40 1 TRANSITION 0 –1 –2 –0.45 ISMEA IMAX –0.50 –40 –30 –20 –10 0 10 20 30 40 50 60 TEMPERATURE (°C) 70 80 90 11966-038 OUTPUT SINK CURRENT (mA) AVCC = +15V AVEE = –15V 图38. 输出吸电流与温度的关系 –3 –15 –10 –5 0 5 10 15 20 TIME (µs) 图39. 均流总线转换特性 Rev. 0 | Page 18 of 40 25 30 35 11966-039 –0.20 AD8450 比较器 5 4 OUTPUT VOLTAGE (V) 450 HIGH TO LOW TRANSITION 400 LOW TO HIGH TRANSITION 350 VALID FOR ALL RATED SUPPLY VOLTAGES 3 TEMP ISOURCE 2 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 TEMPERATURE (°C) 0 0 1400 5 1200 4 HYSTERESIS (V) 400 500 HIGH TO LOW TRANSITION 800 LOW TO HIGH TRANSITION 3 TA = –40°C TA = +25°C TA = +85°C 2 1 400 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 LOAD CAPACITANCE (pF) 11966-041 0 1000 900 800 700 600 HIGH TO LOW TRANSITION 400 300 LOW TO HIGH TRANSITION 200 100 1k SOURCE RESISTANCE (Ω) 10k 11966-042 100 0 10 2.46 2.47 2.48 2.49 2.50 2.51 2.52 2.53 INPUT VOLTAGE (V) 图44. 三个温度下的比较器传递函数 图41. 传播延迟与负载电容的关系 500 –1 2.45 图42. 传播延迟与源电阻的关系 Rev. 0 | Page 19 of 40 2.54 2.55 11966-044 PROPAGATION DELAY (ns) 6 200 300 图43. 三个温度下输出电压与输出电流的关系 1600 600 200 OUTPUT CURRENT (µA) 图40. 传播延迟与温度的关系 1000 100 11966-043 300 –40 –30 –20 –10 PROPAGATION DELAY (ns) ISINK –40°C +25°C +85°C 1 11966-040 PROPAGATION DELAY (ns) 500 AD8450 基准电压源特性 2.51 LOAD REGULATION (ppm/mA) 2.50 2.49 2.48 2.47 1100 1000 900 800 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 OUTPUT CURRENT—SOURCING (mA) 600 –40 –30 –20 –10 SPECTRAL DENSITY VOLTAGE NOISE (nV/√Hz) AVCC = +25V AVEE = –5V 2.6 TA = +85°C TA = +25°C TA = 0°C TA = –20°C TA = –40°C –9 –8 –7 –6 –5 –4 –3 –2 –1 OUTPUT CURRENT—SINKING (mA) 0 11966-046 OUTPUT VOLTAGE (V) 2.7 2.4 –10 20 30 40 50 60 70 80 90 图47. 源和吸负载调整率与温度的关系 2.8 2.5 10 TEMPERATURE (°C) 图45. 全温度范围内输出电压与输出电流(流出)的关系 2.9 0 11966-047 700 AVCC = +25V AVEE = –5V 11966-045 2.46 AVCC = +25V AVEE = –5V 图46. 全温度范围内输出电压与输出电流(流入)的关系 1k 100 10 0.1 1 10 100 1k 10k FREQUENCY (Hz) 图48. 电压噪声谱密度与频率的关系 Rev. 0 | Page 20 of 40 100k 11966-048 OUTPUT VOLTAGE (V) 1200 TA = +85°C TA = +25°C TA = 0°C TA = –20°C TA = –40°C AD8450 工作原理 简介 AVEE VINT NC IVE1 NC ISET OAVN AVCC ISMEA AVEE VREF IVE0 AVEE 57 1.1mA 56 54 + – 53 10kΩ 10 AVEE BATTERY CURRENT SENSING PGIA 52 VSET BUFFER + 10kΩ – 12 1× CONSTANT CURRENT AND VOLTAGE LOOP FILTER AMPLIFIERS 20kΩ 13 14 51 50 49 48 47 AD8450 46 15 16 31 32 33 图49. AD8450详细框图 Rev. 0 | Page 21 of 40 34 35 36 37 38 39 VCTRL VCLN AVCC VINT NC VVE1 VVE0 NC VVP0 VSETBF VSET NC DVCC FAULT DGND OCPS OCPR VREF OVPR 40 OVPS 30 MODE 29 AVCC 28 BVMEA 27 41 MODE 1 = CHARGE 0 = DISCHARGE AVEE VREF 25 BVP0 24 BVP1 BVP2 23 BVP3 BVP3S 22 26 43 42 100kΩ 100kΩ 100kΩ BVN3S 20 21 100Ω 45 44 OVERVOLTAGE FAULT COMPARATOR NOR BVN3 19 + 80kΩ BVN2 +/– BATTERY VOLTAGE SENSING PGDA BVN1 – + – 100kΩ 18 OVERCURRENT FAULT COMPARATOR VCLP 11966-049 806Ω 19.2kΩ 9 17 59 CV LOOP FILTER AMPLIFIER AVEE 8 100kΩ 100kΩ 100kΩ ISVN ISREFH AGND ISREFL ISREFLS 10kΩ 10kΩ 10kΩ 10kΩ 7 11 60 58 + AVCC BVN0 RGN 1× – 0.2mA BVREFLS RGNS 61 62 55 0.2mA BVREFL ISGN0 63 64 VINT BUFFER CS BUS AVCC AMPLIFIER AGND ISGN0S 65 + – 79.9kΩ ISGN1 66 67 CC LOOP FILTER AMPLIFIER 50kΩ ISGN1S 68 – 1× BVREFH ISGN2 69 + UNCOMMITTED OP AMP 100kΩ ISGN3 70 71 6 1667Ω RFBN 4 5 72 100kΩ 10kΩ RFBP 73 CS BUFFER 625Ω ISGP3 3 + – 10kΩ ISGP2 +/– 305Ω ISGP1S 2 10kΩ ISGP1 74 AGND 202Ω ISGP0S 75 76 2.5V VREF 10kΩ ISGP0 77 + – RGPS 78 – RGP 79 + ISVP OAVP IMAX CSH 80 1 OAVO AD8450的模拟前端包括精密电流检测可编程增益仪表放大 器(PGIA)，用以测量电池电流，以及精密电压检测可编程 增益差动放大器(PGDA)，用以测量电池电压。利用PGIA 的增益编程能力，系统可以通过相同的分流电阻将电池充 电/放电电流设置为四个不同值中的任意一个。利用PGDA 的增益编程能力，系统最多可以处理四个串联电池(4S)。 为了化成和测试电池，电池必须经历充电和放电周期。在 这些周期中，必须精确控制电池端子的电流和电压，以防 电池失效或容量降低。因此，电池化成与测试系统需要高 精度模拟前端来监控电池电流和端子电压。 AD8450 AD8450内置两个比较器，用以检测过流和过压事件。任一 比较器跳变时，FAULT引脚就会变为逻辑低电平。 电池化成与测试系统利用恒流/恒压(CC/CV)算法给电池充 电和放电。换言之，系统首先强制电池流入或流出设定的 恒定电流，直至电池电压达到目标值为止。此时，电池端 子之间便实现了设定的恒定电压。 许多用来调理电池单元的电池化成与测试系统是电池组或 模块的一部分。因此，该系统需要电路来执行均流(或电流 平衡)，也就是主动地使构成电池组的各电池的充电和放电 电流保持一致。AD8450内置一个专用精密放大器，可确定 多个通道中的最大电池电流。该精密放大器通过其PGIA输 出确定电压最大的通道，然后利用该最大电压调整其它通 道的电池电流。 AD8450提供两个控制环路——恒流(CC)环路和恒压(CV)环 路，电池达到用户定义的目标电压之后，两个环路自动转 换。这些环路通过两个精密专用放大器实现，放大器带外 部反馈网络，用以设置CC和CV环路的传递函数。此外， AD8450中的这些环路通过切换MODE引脚来重新配置自 身，以便给电池充电或放电。 图49所示的AD8450框图显示了这些特殊部分，包括PGIA 和PGDA测量模块、环路滤波器放大器、故障比较器和均 流电路。图50所示为电池化成与测试系统的框图。 电池化成与测试系统还必须能够检测电池过压和过流状 况，防止电池和/或控制系统受损。 + – VISET 1× CONSTANT CURRENT LOOP FILTER AMPLIFIER CONSTANT VOLTAGE LOOP FILTER AMPLIFIER C D IVE0 D IVE1 CV BUFFER C VVE0 D VVE1 C VVP0 OUTPUT FILTER SYSTEM POWER CONVERSION AVEE AD8450 CONTROLLER MODE SWITCHES (3) C = CHARGE D = DISCHARGE VINT FAULT BATTERY CURRENT NOR OVERVOLTAGE COMPARATOR OVERCURRENT COMPARATOR ISVP + OVPS OVPR VREF OCPR PGIA + + – OCPS ISVN SENSE RESISTOR SYSTEM LOOP COMPENSATION ISMEA BVMEA BVPx + BATTERY PGDA – 图50. 采用AD8450的锂电池化成与测试系统的信号路径 Rev. 0 | Page 22 of 40 BVNx 11966-050 1× LEVEL OUTPUT SHIFTER DRIVERS POWER CONVERTER (SWITCHED OR LINEAR) ADP1972 PWM + – VSET VSETBF VVSET VCTRL – SET BATTERY VOLTAGE AVCC VINT BUFFER ISET – SET BATTERY CURRENT AD8450 为了设置外部PGIA增益，需要将10 kΩ反馈电阻连接在PGIA 前置放大器的反相输入端(RGP和RGN引脚)与PGIA前置放 大器的输出端(RFBP和RFBN引脚)之间，并将一个增益电 阻(R G )连接在RGP和RGN引脚之间。使用外部电阻时， PGIA增益为： 可编程增益仪表放大器(PGIA) 图51是PGIA的框图，它用于监控电池电流。PGIA采用经 典三运放拓扑结构，与ADI公司的业界标准放大器AD8221 和 AD620相 似 。 该 架 构 可 实 现 给 定 增 益 下 的 最 高 可 能 CMRR，支持高端电池电流检测，而不会在测量中引入明 显的误差。有关仪表放大器的更多信息，请参阅仪表放大 器应用工程师指南。 增益 = 2 × (1 + 20 kΩ/RG) 注意，PGIA减法器具有2倍的闭环增益，用以提高前置放 大器的共模范围。 VREF POLARITY INVERTER + CURRENT SHUNT ISVP +/– PGIA + RGP 充电和放电时的极性反转 100kΩ ISREFH 10kΩ 19.2kΩ 图50显示，在充电周期中，电源转换器将电流馈入电池， 在电流检测电阻两端产生一个正电压。在放电周期中，电 源转换器从电池吸取电流，在检测电阻两端产生一个负电 压。换言之，当电池放电时，电池电流极性反转。 806Ω ISREFL – RFBP ISGP0, ISGP1, ISGP2, ISGP3 CONNECT FOR DESIRED GAIN 在恒流(CC)控制环路中，如果目标电流的极性不反转，这 种极性反转可能会带来问题。为了解决这个问题，AD8450 PGIA的输入端前置一个多路复用器，用以反转PGIA增益 的极性。该多路复用器由MODE引脚控制。当MODE引脚 为逻辑高电平时(充电模式)，PGIA增益不反转；当MODE 引脚为逻辑低电平时(放电模式)，PGIA增益反转。 G = 2 SUBTRACTOR GAIN NETWORKS (4) ISGN0, ISGN1, ISGN2, ISGN3 ISMEA RFBN RGN – CURRENT SHUNT ISVN PGIA偏移选项 – +/– + 10kΩ 20kΩ 11966-051 POLARITY INVERTER MODE 图51. PGIA简化功能框图 增益选择 PGIA具有四个固定内部增益选项。PGIA还可以使用外部 增益网络以支持任意增益选择。内部增益选项通过四个独 立的三电阻网络确定，这些电阻经过激光调整，匹配度优 于±0.1%。内部增益经过优化，以实现最低的PGIA增益误 差和增益误差漂移，使得控制器可以设置在全温度范围内 保持稳定的充电/放电电流。如果内置增益不够用，可以利 用外部三电阻网络来设置PGIA增益。 为了选择PGIA的内部增益，需要将PGIA前置放大器的反 相输入端(RGP和RGN引脚)连接到内部三电阻网络的对应 增益引脚(ISGP[0:3]和ISGN[0:3]引脚)。例如，要将PGIA增 益设为26，应将RGP引脚连接到ISGP0引脚，并将RGN引脚 连接到ISGN0引脚。有关增益选择连接的信息，请参见表5。 如图51所示，PGIA基准电压节点通过内部电阻分压器连接 到ISREFL和ISREFH引脚。可以利用该电阻分压器给PGIA 的输出引入一个对温度不敏感的偏移，使得当差分输入为 0时，PGIA输出始终是一个高于0的电压。由于PGIA的输 出电压始终是正值，因此可以利用单极性ADC来将其数 字化。 当ISREFH引脚连接到VREF引脚且ISREFL引脚接地时， ISMEA引脚的电压增加20 mV，保证当差分输入为0时，PGIA 输出始终是正值。将ISREFH引脚连接到外部电压源，可以 实现其它电压偏移。从ISREFH引脚到ISMEA引脚的增益是 8 mV/V。对于零偏移，ISREFL和ISREFH引脚接地。 电池反接和过压检测 AD8450 PGIA可以配置为高边或低边电流检测。如果PGIA 配置为高边电流检测(见图50)且电池反接，PGIA输入可以 保持在低于负供电轨(AVEE)的电压，具体大小视电池电压 而定。 为防止PGIA在这些情况下受损，PGIA输入端内置过压保 护电路，它可以将输入保持在与相反供电轨最多相差55 V的 电压。换言之，PGIA输入的安全电压范围是AVCC − 55 V至 AVEE + 55 V。 Rev. 0 | Page 23 of 40 AD8450 可编程增益差动放大器(PGDA) 当BVREFH引脚连接到VREF引脚且BVREFL引脚接地时， BVMEA引脚的电压增加5 mV，保证当差分输入为0时，PGDA 输出始终是正值。将BVREFH引脚连接到外部电压源，可 以实现其它电压偏移。从BVREFH引脚到BVMEA引脚的增 益是2 mV/V。如需零偏移，BVREFL和BVREFH引脚接地。 图52是PGDA的框图，它用于监控电池电压。PGDA的结构 是一个具有四路可选输入的减法器放大器：BVP[0:3]和 BVN[0:3]引脚。各输入对与PGDA的一个内部增益相对应： 0.2、0.27、0.4和0.8。通过这些增益值，PGDA可将最多四 个5 V串联电池(4S)的电压缩小到可以被5 V ADC读取的水平。 有关增益选择连接的信息，请参见表6。 CC和CV环路滤波器放大器 恒流(CC)和恒压(CV)环路滤波器放大器是高精度、低噪声 专用放大器，其失调电压和输入偏置电流均非常低。这些 放大器起到两个作用： • 使用外部元件，这些放大器可实现有源环路滤波器来设 置CC和CV环路的动态特性(传递函数)。 • 电池达到目标电压之后，这些放大器执行从CC到CV模 式的无缝转换。 图53是充电模式(MODE逻辑引脚为高电平)下AD8450 CC和 CV反馈环路的功能框图。作为示例，连接到环路放大器 的外部网络是简单的RC网络，用以构成单极反相积分器。 CC和CV环路滤波器放大器的输出端通过模拟NOR电路(最 小输出选择器电路)耦合到VINT引脚，使其只能下拉VINT 节点。换言之，该节点由需要最低VINT引脚电压的环路 放大器控制。因此，任意时间只有一个环路放大器(CC或 CV)可以控制系统充电控制环路。 图52. PGDA简化功能框图 构成PGDA增益网络的电阻经过激光调整，匹配精度优于 ±0.1%。如此高的匹配度使得PGDA的增益误差和增益误差 漂移降至最低，而CMRR则达到最大。这种匹配还有助于 控制器设置在全温度范围内保持稳定的电池目标电压，同 时抑制电池负极的接地反弹。 像PGIA一样，PGDA也能通过连接到PGDA基准电压节点 的内部电阻分压器使其输出电压发生偏移。此电阻分压器 连接到BVREFH和BVREFL引脚。 I POWER IOUT BUS VCTRL VISET ISVP SENSE RESISTOR RS ISVN PGIA + GIA ISMEA ISET R1 IVE1 – POWER CONVERTER C1 – VINT CC LOOP AMPLIFIER VINT BUFFER VCLP ANALOG NOR + 1× + VBAT – BVPx BVNx PGDA + MINIMUM OUTPUT SELECTOR + GDA – MODE 5V – BVMEA VSET VVE1 CV LOOP AMPLIFIER VCTRL VCLN V3 V4 VINT VVSET V3 < VCTRL < V4 R2 C2 图53. 充电模式(MODE引脚为高电平)下CC和CV环路的功能框图 Rev. 0 | Page 24 of 40 11966-053 IBAT AD8450 单 位 增 益 放 大 器 (VINT缓 冲 器 )缓 冲 VINT引 脚 并 驱 动 VCTRL引脚。VCTRL引脚是AD8450的控制输出和电源转 换器的控制输入。VISET和VVSET电压源分别设置目标恒定电 流和目标恒定电压。当CC和CV反馈环路处于稳定状态时， 充电电流设置为： 其中： GIA为PGIA增益。 RS为分流电阻的值。 目标电压设置为： VBAT_SS = VVSET G DA 其中GDA为PGDA增益。 环路放大器的失调电压与目标电压源VISET和VVSET串联，因 此这些放大器的高精度可极大地降低此误差源。 图54显示了锂离子电池的典型CC/CV充电曲线。在充电过 程的第一阶段，电池以1 A的恒定电流(CC)充电。当电池电 压达到目标电压4.2 V时，充电过程发生转换，电池以4.2 V 的恒定电压(CV)充电。 1.25 5 0.75 3 0.50 2 0.25 1 CC CHARGE ENDS 0 0 0 1 2 3 4 VOLTAGE (V) 4 5 TIME (Hours) 11966-054 1.00 CURRENT (A) TRANSITION FROM CC TO CV CC CHARGE BEGINS 下列步骤说明AD8450如何实现CC/CV充电曲线(参见图53)。 本例中，电池以完全放电状态开始，系统刚刚开启，在时 间0时IBAT = 0 A。 1. 在时间0时，ISMEA和BVMEA引脚的电压低于目标电压 (VISET和VVSET)，因此两个积分器均开始缓慢上升，提高 VINT节点的电压。 2. 随着VINT节点电压提高，VCRTL节点电压上升，电源 转换器的输出电流IBAT提高(假设电源转换器的输出电流 随着VCRTL节点电压的提高而提高)。 3. 当IBAT电流达到CC稳态值IBAT_SS时，电池电压仍然低于目 标稳态值VBAT_SS。因此，CV环路试图拉高VINT节点， 而CC环路则试图将其保持在当前电压。此时，ISMEA引 脚的电压等于VISET，因此CC环路停止积分。 4. 由于模拟NOR电路，环路放大器只能拉低VINT节点， 因此CC环路获得对充电反馈环路的控制权，CV环路不 起作用。 5. 随着充电过程继续进行，电池电压一直提高，直至达到 稳态值VBAT_SS，并且BVMEA引脚的电压达到目标电压 VVSET。 6. CV环路试图拉低VINT节点以降低充电电流(IBAT)，防止 电池电压进一步上升。与此同时，CC环路试图将VINT 节点保持在其当前电压，以使电池电流保持在IBAT_SS。 7. 由于模拟NOR电路，环路放大器只能拉低VINT节点， 因此CV环路获得对充电反馈环路的控制权，CC环路不 起作用。 模拟NOR(最小输出选择器)电路耦合到环路放大器的输出 端，并经过优化以使CC到CV控制转换的时间最短。电池 电压达到目标值后，转换的任何延迟都会导致CC环路继续 控制充电反馈环路。因此，电池电压将继续上升到 VBAT_SS以上，直至控制环路发生转换为止；也就是说， 电池电压会超过目标电压。当CV环路控制充电反馈环路 时，电池电压会降低到目标电压。转换延迟引起的电池电 压大幅过冲会损坏电池，因此，实现CC到CV快速转换以 最大程度地减少延迟至关重要。 图54. 电池充电周期接近结束时恒流到恒压的代表性转换 Rev. 0 | Page 25 of 40 AD8450 I POWER IOUT BUS VCTRL PGIA + GIA + VBAT – RS ISVN ISET ISMEA IVE0 + PGDA 5V BVMEA VSET CV LOOP AMPLIFIER + 1× – MODE VSET BUFFER VINT VINT BUFFER VCLP ANALOG NOR + GDA BVNx CC LOOP AMPLIFIER – – BVPx POWER CONVERTER C1 1× MINIMUM OUTPUT SELECTOR – VSETBF VVP0 VVE0 R2 C2 VCTRL VCLN V3 V4 VINT V3 < VCTRL < V4 VVSET C2 R2 11966-055 ISVP SENSE RESISTOR R1 VISET IBAT 图55. 放电模式(MODE引脚为低电平)下CC和CV环路的功能框图 图55是放电模式(MODE逻辑引脚为低电平)下AD8450 CC和 CV反馈环路的功能框图。放电模式下，反馈环路的工作 方式与充电模式相似。唯一的区别是CV环路放大器，它 在放电模式下用作同相积分器。作为示例，连接到环路放 大器的外部网络是简单的RC网络，用以构成单极积分器(参 见图55)。 VINT缓冲器 补偿 放大器输出电压范围的缩小是一个安全特性，它使得 AD8450能够驱动ADP1972脉宽调制(PWM)控制器等器件， 后者的输入电压范围不应超过5.5 V(即ADP1972 COMP引脚 的电压应低于5.5 V)。 在电池化成与测试系统中，CC和CV反馈环路的开环增益 和交越频率明显不同，因此，各环路需要自己的频率补偿。 AD8450 CC和CV环路采用有源滤波器架构，因而各环路的 频率响应可通过外部元件独立设置。此外，CC和CV放大 器内置开关，因此充电模式下环路的频率响应不影响放电 模式下环路的频率响应。 与使用无源接地网络进行频率补偿的简单控制器不同， AD8450允许将反馈网络用于CC和CV环路滤波器放大器。 这些网络支持实现PD (Type II)和PID (Type III)补偿器。注 意，在充电模式下，CC和CV环路均实现反相补偿器，而 在放电模式下，CC环路实现反相补偿器，CV环路实现同 相补偿器。因此，放电模式下的CV环路包括一个额外的 放大器(VSET缓冲器)，用以缓冲反馈网络中的VSET节点 (参见图55)。 单位增益放大器(VINT缓冲器)是一个箝位放大器，用以驱 动VCTRL引脚。VCTRL引脚是AD8450的控制输出和电源 转换器的控制输入(参见图53和图55)。此放大器的输出电 压范围受VCLP和VCLN引脚的箝位电压限制： VVCLN − 0.5 V < VVCTRL < VVCLP + 0.5 V MODE引脚，充电和放电控制 MODE引脚是一个TTL逻辑输入，用以将AD8450配置为充 电或放电模式。逻辑低电平(VMODE < 0.8 V)对应于放电模式， 逻辑高电平(VMODE > 2 V)对应于充电模式。在AD8450内部， MODE引脚可切换CC和CV环路放大器中的所有SPDT开关 并反转PGIA的增益极性。 Rev. 0 | Page 26 of 40 AD8450 过流和过压比较器 AD8450内置过流保护(OCP)和过压保护(OVP)比较器，用 以检测电池过压和过流状况。这些比较器的输出通过NOR 逻辑门合并，因此当任一比较器跳变时，FAULT引脚都会 变为逻辑低电平(参见图49)。 OCP和OVP比较器可以通过两种方式来检测故障。在图56 所示的配置中，ISMEA和BVMEA引脚的电压经分压后与 AD8450的内部2.5 V基准电压相比较。这种配置中，当出现 以下条件时，FAULT引脚变为逻辑低电平(故障状况)： R1 + R2 R2 VISMEA > VOCP_REF 或者 VBVMEA > VOVP_REF × 2.5 V PGIA R3 + R4 R3 × 2.5 V ISVP + ISVN – R1 PGDA PGDA – VOCP_REF BVNx + – + – OCPR OCPS FAULT OCPR – + 图57. 使用外部基准电压源(例如DAC)的OVP和 OCP比较器配置 NOR VREF NOR OCPS FAULT – + R2 11966-056 OVPR + – + – R3 OVPS OVPR BVNx BVPx + BVMEA OVPS VOVP_REF PGIA BVPx + BVMEA – ISMEA R4 ISVN – 或者 VBVMEA > ISVP + ISMEA 图56. 使用内部基准电压源的OVP和OCP比较器配置 Rev. 0 | Page 27 of 40 11966-057 VISMEA > 另一种方式是，PGIA和PGDA的输出端可以直接连到比较 器的检测输入端(OCPS和OVPS引脚)，从而将ISMEA和 BVMEA引脚的电压与外部基准电压VOCP_REF和VOVP_REF相比 较(参见图57)。这种配置中，当出现以下条件时，FAULT 引脚变为逻辑低电平(故障状况)： AD8450 均流总线和IMAX输出 作为电池组或模块的一部分，用来调理电池单元的电池化 成与测试系统需要电路来平衡各单元的充电电流。在充电/ 放电过程中，电流平衡或均流(CS)可通过主动地让构成电 池组或模块的各单元的电流保持一致来实现。 均流总线放大器是一个精密单位增益专用放大器，其输出 级只能上拉其输出节点(CSH引脚)。该放大器配置为单位 增益缓冲器，其输入端连接到ISMEA引脚(PGIA的输出 端)。如果CSH引脚保持断开状态，该引脚的电压将是 ISMEA引脚电压的副本。 图58是均流电路的功能框图。本例中，通道0至通道n各自 给构成电池组或模块的一个电池单元充电。 CHANNEL 0 ISVP RS0 CS BUS AMPLIFIER + 利用外部电阻，非专用运算放大器配置为差动放大器来测 量IMAX和ISMEA节点的电压差。 充电过程中，由于电池单元的不匹配，各通道中的充电电 流(因而ISMEA引脚的电压)略有不同。由于CS总线放大器 由相应的PGIA驱动，并且其输出级只能上拉其输出节点， 因此需要最高电压的放大器将会控制CS总线，CS总线的电 压将被上拉以与具有最大电池电流的通道的ISMEA电压保 持一致。 各通道中非专用运算放大器的输出电压与该通道电池电流 和最大电池电流之差成正比。此输出电压可用于形成一个 反馈环路来主动纠正通道电池电流。 CS BUFFER + PGIA ISVN 各通道的CS输出连接到公共总线(标记为CS总线)，由CS缓 冲放大器缓冲后输出到IMAX引脚。 + UNCOMMITTED OP AMP 1× – – – AVEE ISMEA CSH IMAX OAVP OAVN OAVO R R R R CORRECTION SIGNAL VCS − VISMEA CHANNEL N − 1 ISVP RSN – 1 + + PGIA ISVN – CSH – AVEE ISMEA CS BUS RSN ISVN + + PGIA – CSH – ISMEA 11966-058 ISVP CHANNEL N AVEE 图58. 均流电路的功能框图 Rev. 0 | Page 28 of 40 AD8450 应用信息 • 最小输出选择器电路，它将环路滤波器误差放大器的输 出合并以执行CC到CV自动切换。 • 输出箝位放大器，用于驱动VCTRL引脚。此放大器的电 压范围受VCLP和VCLN引脚的电压限制，不能超过下一 级的范围。输出箝位放大器可以驱动开关和线性电源转 换器。注意，VCTRL引脚的电压提高时，电源转换器的 输出电流也必须增大。 • 过 流 和 过 压 比 较 器 ， 其 输 出 通 过 NOR门 合 并 以 驱 动 FAULT引脚。任一比较器跳变时，FAULT引脚输出逻辑 低电平。 • 2.5 V基准电压源，可用作过流和过压比较器的基准电压。 2.5 V基准电压源的输出节点是VREF引脚。 • 均流放大器，用于检测多个充电通道中的最大电池电流， 其输出可用于实现电流平衡。 • 逻辑输入引脚(MODE)，用于将控制器的配置从充电模 式变为放电模式。MODE引脚为逻辑高电平时，配置充 电模式；逻辑低电平则配置放电模式。 本部分说明在电池化成与测试系统中如何使用AD8450。本 部分包括一个实际系统的小型模型设计示例。ADI公司提 供AD8450评估板，详情参见“评估板”部分。 功能描述 AD8450是一款用于电池化成与测试系统的精密模拟前端和 控制器。此类系统利用精密控制器和功率级使电池经历充 电和放电周期。图59显示了一个采用AD8450控制器和 ADP1972 PWM控制器的简化开关电池化成与测试系统的信号 路径。有关ADP1972的更多信息，参见ADP1972数据手册。 AD8450适用于NiCad、NiMH和Li-Ion电池化成与测试系 统，可配合线性和开关功率级工作。 AD8450包括以下模块(更多信息参见图49和“工作原理”部分)： • 引脚可编程增益仪表放大器(PGIA)，用于检测低端或高 端电池电流。 • 引脚可编程增益差动放大器(PGDA)，用于测量电池的 端子电压。 • 两个环路滤波器误差放大器，用于接收电池目标电流和 电压，并确定恒流(CC)和恒压(CV)反馈环路的动态特性。 CONSTANT VOLTAGE LOOP FILTER AMPLIFIER ISET CONSTANT CURRENT LOOP FILTER AMPLIFIER D AVEE MODE SWITCHES (3) OUTPUT DRIVERS OUTPUT FILTER DC-TO-DC POWER CONVERTER AD8450 CONTROLLER C = CHARGE D = DISCHARGE FAULT VINT BATTERY CURRENT NOR OVERVOLTAGE COMPARATOR OVERCURRENT COMPARATOR ISVP + + OVPS OVPR VREF OCPR PGIA + – OCPS ISVN SENSE RESISTOR EXTERNAL PASSIVE COMPENSATION NETWORK ISMEA BVMEA BVPx + BATTERY PGDA – 图59. 适合锂离子电池的电池测试或化成系统的完整信号路径 Rev. 0 | Page 29 of 40 BVNx 11966-059 C IVE0 D IVE1 C VVE0 D VVE1 C CV BUFFER VVP0 VSETBF LEVEL SHIFTER ADP1972 PWM + – VSET 1× VCTRL 1× CC AND CV GATES – SET BATTERY VOLTAGE AVCC VINT BUFFER + – – SET BATTERY CURRENT AD8450 AD8450需要两个模拟电源(AVCC和AVEE)、一个数字电源 (DVCC)、一个模拟地(AGND)和一个数字地(DGND)。 AVCC和AVEE为所有模拟模块供电，包括PGIA、PGDA、 运算放大器和比较器。DVCC为MODE输入逻辑电路和 FAULT输出逻辑电路供电。AGND为2.5 V基准电压源提供一 个参考和返回路径，DGND为数字电路提供一个参考和返 回路径。 如果使用分流电阻传感器，建议使用4端子低阻值分流电 阻，其中两个端子导通电池电流，另外两个端子几乎不导 通电流。不导通电流的端子是检测端子，利用AD8450的 PGIA等放大器来测量电阻上的压降(从而得到流经其中的 电流)。为将PGIA与电流传感器接口，应将传感器的检测 端子连接到AD8450的ISVP和ISVN引脚(参见图60)。 ISVP AVCC − AVEE的绝对最大额定值为36 V，AVCC和AVEE的 最小工作电压分别为+5 V和−5 V。由于AD8450模拟模块具 有高PSRR，因此AVCC可以直接连到高电流电源总线(电源 转换器的输入电压)，高PSRR可防止电源噪声注入控制器 输出。 4-TERMINAL IBAT SHUNT RGP 常用电源组合是AVCC和AVEE分别为+25 V和−5 V，DVCC 为+5 V。+25 V AVCC轨为PGIA提供足够大的裕量，使其可 以用于最多含四个串联电池(4S)的高端电流检测配置。−5 V AVEE轨允许PGDA检测电池意外反接状况(参见“电池反接 状况”部分)。 所有电源引脚都要连接去耦电容。建议使用1 μF电容和0.1 μF 电容的并联组合。 PGIA连接 关于PGIA的说明，参见“工作原理”部分、图49和图51。 PGIA的内部增益(26、66、133和200)通过连接适当的引脚 组合来选择(参见表5)。 表5. PGIA增益连接 PGIA增益 26 66 133 200 RGP(引脚2)连接到 ISGP0 (引脚4) ISGP1 (引脚6) ISGP2 (引脚8) ISGP3 (引脚9) RGN(引脚19)连接到 ISGN0 (引脚17) ISGN1 (引脚15) ISGN2 (引脚13) ISGN3 (引脚12) 如需不同的增益值，需要将10 kΩ反馈电阻连接在PGIA前置 放大器的反相输入端(RGP和RGN引脚)与PGIA前置放大器 的输出端(RFBP和RFBN引脚)之间，并将一个增益电阻(RG) 连接在RGP和RGN引脚之间。使用外部电阻时，PGIA增 益为： 增益 = 2 × (1 + 20 kΩ/RG) 电流传感器 + – RFBP 20kΩ ISGPx LPF 10kΩ + – RGn ISGNx DUT 10kΩ 10kΩ 10kΩ 20kΩ RFBN RGN ISVN – 11966-060 电源连接 + 图60. 4端子分流电阻连接到电流检测PGIA 可选低通滤波器 AD8450既能控制线性稳压器，也能控制开关电源转换器。 线性稳压器一般无噪声，开关模式电源转换器则会产生开 关噪声。在电流传感器与PGIA输入端之间外接一个差分低 通滤波器可以降低注入PGIA的开关噪声(参见图60)。 PGDA连接 关于PGDA的说明，参见“工作原理”部分、图49和图52。 PGDA的内部增益(0.2、0.27、0.4和0.8)通过将适当的输入 对连接到电池端子来选择(参见表6)。 表6. PGDA增益连接 PGDA增益 0.8 0.4 0.27 0.2 电池正极连接到 BVP0 (引脚25) BVP1 (引脚24) BVP2 (引脚23) BVP3 (引脚22) 电池负极连接到 BVN0 (引脚31) BVN1 (引脚32) BVN2 (引脚33) BVN3 (引脚34) 设置PGDA增益值，以将最多四个5 V串联电池单元的电压衰 减到4 V的满量程电压。例如，利用0.8的增益可将5 V电池电 压衰减到4 V，利用0.2的增益可将20 V电池电压(四个5 V串联 电池)衰减到4 V。通过这种电压调整，便可利用5 V ADC来 在BVMEA输出引脚上读取电池电压。 电流传感器有两个常见选择：隔离电流检测传感器和分流 电阻。隔离电流检测传感器与电源转换器电流隔离，受开 关模式电源产生的高频噪声的影响较小。分流电阻则更便 宜，易于使用。 Rev. 0 | Page 30 of 40 AD8450 电池反接状况 表7. 积分器输入连接 AD8450 PGDA的输出电压可用来检测电池反接状况。当电 池反接时，−5 V AVEE轨可使PGDA的输出低于地。因此， 通过监控BVMEA引脚的电压是否为负值，即可知道是否 反接。 反馈环路功能 控制电池放电时的电流 控制电池充电时的电流 控制电池放电时的电压 控制电池充电时的电压 电池电流和电压控制输入(ISET和VSET) 充电模式下的CC和CV放大器以及放电模式下的CC放大器 是反相积分器，放电模式下的CV放大器则是同相积分器。 因此，放电模式下的CV放大器使用一个额外的放大器 (VSET缓冲器)来缓冲VSET输入引脚(参见图49)。此外，放 电模式下的CV放大器使用VVP0引脚将BVMEA引脚的信号 耦合到积分器。 ISET和VSET输入引脚的电压用来设置恒流(CC)和恒压 (CV)环路的电池目标电流和电压。这些输入应由精密电压 源(或连接到精密基准源的DAC)驱动，其输出电压参考的 电压与PGIA和PGDA基准引脚(分别是ISREFH/ISREFL和 BVREFH/BVREFL)参考的电压相同。例如，若PGIA基准引 脚连接到AGND，则连接到ISET的电压源也应参考AGND。 同样，若PGDA基准引脚连接到AGND，则连接到VSET的 电压源也应参考AGND。 在恒流模式下，当CC反馈环路处于稳态时，ISET输入将电 池电流设置为： VISET IBAT_SS = G IA × RS 其中： GIA为PGIA增益。 RS为分流电阻的值。 在恒压模式下，当CV反馈环路处于稳态时，VSET输入将 电池电压设置为： VBAT_SS = VVSET G DA 其中GDA为PGDA增益。 因此，电池化成与测试系统的精度和温度稳定性不仅取决 于AD8450的精度，还取决于ISET和VSET输入的精度。 环路滤波器放大器 AD8450有两个环路滤波器放大器，也称为误差放大器(参 见图59)。一个放大器用于恒流控制(CC环路滤波器放大器)， 另一个放大器用于恒压控制(CV环路滤波器放大器)。这些 放大器的输出通过最小输出选择器电路合并，以便执行CC 到CV自动切换。 基准输入 ISET ISET VSET VSET 反馈引脚 IVE0 IVE1 VVE0 VVE1 连接PWM控制器(VCTRL引脚) AD8450的VCTRL输出引脚设计用于与线性电源转换器和 ADP1972等脉宽调制(PWM)控制器接口。VCTRL输出引脚 的电压范围受VCLP和VCLN引脚的电压限制： VVCLN − 0.5 V < VVCTRL < VVCLP + 0.5 V ADP1972 COMP引脚的最大额定输入电压为5.5 V，因此应 将输出放大器的箝位电压连接到+5 V (VCLP)和地(VCLN)， 防止COMP输入超范围。作为额外的防护措施，可将一个外 部5.1 V齐纳二极管连接在COMP引脚与地之间，并在VCTRL 与COMP引脚之间连接一个1 kΩ串联电阻。欲了解其它应用 信息，请参阅ADP1972数据手册。 考虑到AD8450的架构，控制器要求VCTRL引脚的电压提 高时，电源转换器的输出电流也必须增大。若非如此，可 在AD8450输出端串联一个单位增益反相放大器，以增加额 外的反转。 过压和过流比较器 过压和过流比较器的基准输入可以利用外部基准电压源或 内部2.5 V基准电压源(相邻的VREF引脚)驱动。如果使用外 部基准电压源，则检测输入可由PGIA和PGDA输出节点(分 别为ISMEA和BVMEA)直接驱动。如果使用内部2.5 V基准电 压源，则检测输入可由衰减ISMEA和BVMEA节点电压的电 阻分压器驱动。更多信息参见“过流和过压比较器”部分。 表7列出了充电模式和放电模式下环路滤波器放大器的 输入。 Rev. 0 | Page 31 of 40 AD8450 逐步设计示例 第四步：确定CC环路的控制电压、分流电阻和PGIA增益 本 部 分 说 明 采 用 AD8450控 制 器 和 ADP1972脉 宽 调 制 (PWM)控制器的1 A电池充电器/放电器的系统化设计。本 设计采用的电源转换器是一个非隔离式降压升压DC-DC转 换器。目标电池是4.2 V完全充电、2.7 V完全放电的锂离子 电池。 CC环路的控制电压(ISET引脚的电压)、电池目标电流和 PGIA增益之间具有如下关系： CC电池目标电流 = VISET RS × PGIA Gain 分流电阻上的电压计算如下： 第一步：设计开关电源转换器 选择降压升压电源转换器的开关和无源元件以支持最大1 A 的电池电流。电源转换器的设计超出了本数据手册的范围， 集成驱动器电路和功率MOSFET输出器件制造商提供了许 多应用笔记和其它有用文件可供参考。 第二步：确定ADP1972的控制电压范围 分流电阻电压 = VISET PGIA Gain 选择最高PGIA增益200可降低分流电阻上的电压，使功耗 和自热引起的误差最小。PGIA增益为200且目标电流为1 A 时，选择20 mΩ分流电阻将得到4 V的控制电压。 ADP1972的控制电压范围(COMP输入引脚的电压范围)是 0.5 V到4.5 V。4.5 V的输入电压产生最高占空比和输出电流， 0.5 V的输入电压则产生最低占空比和输出电流。由于COMP 引脚直接连到AD8450的VCTRL输出引脚，因此电池电流 与VCTRL引脚电压成正比。 选择分流电阻时，应考虑电阻样式和结构。对于低功耗应 用，有许多温度稳定型SMD式电阻可焊接到印刷电路板 (PCB)的散热焊盘上。为获得最高精度，应选择具有驱动 和检测端子的分流电阻。对于此类电阻，电池电流流过驱 动端子，电阻的压降在检测端子上读取。 有关ADP1972与电源转换器开关如何接口的信息，参见 ADP1972数据手册。 第五步：选择控制电压源 第三步：确定CV环路的控制电压和PGDA增益 CV环路的控制电压(VSET引脚的电压)、电池目标电压和 PGDA增益之间具有如下关系： CV电池目标电压 = VVSET PGDA Gain 充电模式下，CV电池目标电压为4.2 V时，0.8的PGDA增益 可使PGDA的动态范围达到最大。因此，将CV控制电压选 定为3.36 V。放电模式下，CV电池目标电压为2.7 V时，CV 控制电压为2.16 V。 输入控制电压(ISET和VSET引脚的电压)可以通过基准电压 源等模拟电压源产生，或通过数模转换器(DAC)产生。两 种情况下均应选择能够提供稳定的低噪声输出电压的器 件。如果偏好DAC，ADI公司有各种精密转换器可供选用。 例如，AD5668 16位DAC连接一个外部2 V基准电压源时， 最多可提供8路0 V到4 V电压源。 为使精度最高，控制电压源与PGIA和PGDA的输出必须参 考相同的电位。例如，若PGIA和PGDA基准引脚连接到 AGND，则控制电压源的基准引脚也应连接到AGND。 第六步：选择补偿器件 反馈控制的开关电源转换器需要频率补偿来保证环路稳定 性。关于此类电源转换器的补偿设计，有许多资料可供参 考。AD8450为CC和CV控制环路提供了有源环路滤波器误 差放大器，可利用外部无源元件来实现PI、PD和PID补 偿器。 Rev. 0 | Page 32 of 40 AD8450 评估板 简介 AD8450评估板是一个方便的独立平台，用于评估AD8450 的主要元件(如PGIA和PGDA等)。该评估板还可以用于评 估AD8450在闭环环境中的性能。图61为AD8450-EVALZ的 照片。 特性和测试 AD8450-EVALZ含 有 很 多 用 户 友 好 的 特 性 ， 便 于 评 估 AD8450性能。该电路板提供大量连接器、测试环路和测试 点，方便连接示波器探头和电缆，同时I/O开关便于执行 各种器件选项。 11966-061 针对简单的直流实验，评估板提供一个200 μA/V精密电流源 来激励恒流(CC)环路(参见图62中的A1和A2)。此环路用作 一个小型电池充电/放电电流源，在板载25 Ω、±0.01%精密 分流电阻上产生一个电流检测电压。该环路开路时， IS_SEL开关设置到CUR位置，积分器配置为跟随器，环路 在BVMEA引脚产生最大5 V ± 0.2%的电压。 SMA连接器可方便地连接可编程增益仪表放大器(PGIA)和 可编程增益差动放大器(PGDA)。DRV_ISET和EXT_VSET SMA连接器是恒流和恒压控制输入。测试时可访问ISMEA 和VCTRL输出、电流和电压报警基准以及触发器电压。 MODE开关选择充电或放电选项。图62为AD8450-EVALZ 的原理图。表8列出并描述了各种开关及功能。 图61. AD8450-EVALZ的照片 Rev. 0 | Page 33 of 40 AD8450 表8. AD8450-EVALZ测试开关及功能 ISGN CC 功能 选择用于PGIA的两个输入源中 的一个 PGIA增益开关 恒流充电/放电开关 CV 恒压充电/放电开关 DRV_BVP BVGN SBREFH PGDA正输入的内部/外部输入 电压开关 PGDA增益开关 选择BVREFH引脚的输入源选项 SBREFL MODE FAULT_REF 选择BVREFL引脚的输入源选项 选择充电或放电模式 选择过驱比较器的输入源选项 VSET VCLN VCLP DRV_I_OUT 选择内部2.5 V基准电压源或外部 控制电压 VCTRL的负箝位 VCTRL的正箝位 选择VCTRL的输出 ISREFHI 选择ISREFH引脚的输入 ISREFLO 选择ISREFL引脚的输入 开关 IS_SEL 1 操作 IS_SEL开关将PGIA差分输入连接在25 Ω RSH精密分流电阻两端(CUR位置)， 或连接到输入SMA连接器DRV_ISVP和DRV_ISVN(DRV位置)。 ISGN开关选择四个固定增益值中的一个：26、66、133或200。 CC开关选择模拟锂离子电池的4.096 V低噪声精密基准电压源(ADR4540)。 对于充电模式(CHG位置)和放电模式(DIS位置)，ADR4540分别流出和 流入电流，因而无需使用实际的电池。 CV开关将电阻RB的低端接地(CHG位置)，或连接到4.096 V模拟锂离子 电池(DIS位置)。 此开关的INT位置将PGDA的同相输入端连接到分流电阻的低端。EXT位置 选择SMA DRVBVP。 BVGN开关选择四个固定增益值中的一个：0.2、0.27、0.4或0.8。 SBREFH开关选择VREF或BVREFL。连接到VREF时，PGDA的输出偏移大约 5 mV。 SBREFL开关选择GND或SMA连接器DRV_BREFL(EXT位置)。 MODE开关选择CHG(逻辑高电平)或DISCH(逻辑低电平)。 FAULT_REF开关选择板载2.5 V基准电压源或DRVOVPR和DRVOCPR (DRV) 外部测试环路。 为方便测试，将开关移到REV位置并在VSETBF、VINT和VCTRL测量2.5 VDC。 否则，应通过SMA EXT_VSET施加一个测试输入电压。 VCLN开关选择VCLN引脚的地(高电平)或−5 V(低电平)。 VCLP开关选择VCLP引脚的+25 V(高电平)或+5 V(低电平)。 DRV_I_OUT开关选择1 mA电流源(INT位置)或外部SMA DRV_VCTRL(OUT 位置)。 ISREFHI开关选择2.5 V(EXT位置)或将ISREFL引脚连接到ISREFH引脚(REFLO 位置)。 ISREFLO开关选择地(GND位置)或SMA DRV_ISREFL(EXT位置)作为ISREFL引 脚的输入。 默认位置1 DRV 不适用 CHG CHG EXT 不适用 低 CHG 2.5 V DRV 低 低 INT REFLO GND N/A表示不适用。 评估AD8450 20 mV偏移 原理图上的缩写TL和TP分别表示测试环路和测试引脚。测 试之前，在SHRB和GND_BVN接头上安装跳线，在R7、R8、 R11和R12上安装跳线。AVCC连接+25 V，AVEE连接−5 V， DVCC连接+5 V。 为了测试评估板，将PGIA输入TP ISVP至TP ISVN短路连接 到一个黑色接地环路。输出等于0 V ± 偏移电压乘以增益。 将 ISREFLO开 关 移 到 EXT位 置 ， 并 将 ISREFHI开 关 移 到 20mV (EXT)位置。输出提高20 mV。 测量PGIA增益 电池电压PGDA测试 在TL ISVP和TL ISVN上施加10 mV DC(为预防起见，将ISVN 接地)。使用ISGN开关选择PGIA的所有增益选项。以地为 参考，测量TL ISMEA和TL IMAX的输出电压。增益为26、 66、133和200时，输出电压分别为260 mV、660 mV、1.33 V 和2 V。计算增益前，务必从输出读数中减去偏移电压。 电池电压差动放大器有四个增益选项：0.8、0.4、0.27和0.2， 通过4位BVGN滑动开关选择。将SBREFH开关设置到LOW 位置，将SBREFL开关设置到GND位置。PGDA放大器的测 试方法与电池电流检测放大器相同。在2引脚GND_BVP接 头的引脚1与地之间施加1 VDC。在BVMEA测试焊盘上测量 输出电压。输出电压分别为0.8 V、0.4 V、0.27 V和0.2 V。 Rev. 0 | Page 34 of 40 AD8450 过载比较器 CC积分器测试 为了防止电池受损，AD8450内置相同的过流(OCPS引脚) 和过压(OVPS引脚)故障检测比较器。FAULT_REF开关选择 外部基准输入或内部2.5 V基准电压源。比较器的输出进行 线“或”处理，发生过驱事件时变为低电平有效。 要测试CC积分器，请执行以下步骤： 为了测试比较器，选择FAULT_REF开关的2.5 V位置。OVPS 接地(将TL DRVOVPS接地)，并且OCPS测试焊盘接地，FAULT 引脚(TL FAULT)电压从0 V切换到+5 V。如果任一比较器上 的检测输入超过基准输入，则FAULT输出返回0 V。 VSET缓冲器 测试时，电压设置(VSET)缓冲器可通过引脚访问。放电或 充电过程中，施加最高5 V的电压作为恒定电压(CV)。缓冲 器为单位增益，因此应将VSET滑动开关移动到REV位置， 并在VSETBF引脚(TP17)输出测得2.5 V。 CC和CV环路滤波器放大器 恒压(CV)和恒流(CC)积分器是完全相同的电路，并且是主 环路补偿和切换模块的两个有源积分器元件(参见图49)。 除外部连接外，这两个电路完全一致，按相同方法一个一 个地测试。积分器输出进行模拟“或”处理，产生VCTRL输 出，随后输入外部PWM控制器。 如 图 49所 示 ， 积 分 器 运 算 放 大 器 输 入 分 别 称 为 IVE0、 IVE1、VVE0、VVE1和VVP0。前两个字母(IV或VV)表示 恒流或恒压积分器。第三个字母表示同相输入(P)或反相输 入(E表示误差输入)。最后一位(0或1)表示模式电路的状态 (0为放电，1为充电)。这些积分器以并联方式连接，因此 对任一积分器的静态测试都需要禁用另一个积分器，将其 输出驱动到供电轨，并反向偏置晶体管/二极管栅极。 利用从TP 2.5和TL VREF26到SMA EXT_VSET(VSET开关处 于DRV位置)和TL ISET的跳线，对两个积分器施加2.5 V基 准电压源。对于这两个测试，MODE开关均应设置到CHG 位置。 1. 将VVE1引脚接地(在TP23或TP24至TP20之间连接跳 线)，禁用CV积分器。 2. 在 VINT和 IVE1引 脚 之 间 (TP11至 TP13)连 接 跳 线 。 VCTRL输出测试焊盘读出2.5 V。 CV积分器测试 要测试CV积分器，请执行以下步骤： 1. 将IVE1引脚接地(在TP9或TP11至一个黑色测试环路之 间连接跳线)，禁用CC积分器。 2. 在 VINT和 VVE1引 脚 之 间 (TP19至 TP23)连 接 跳 线 。 VCTRL输出测试焊盘读出2.5 V。 非专用运算放大器 将非专用运算放大器配置为跟随器(在TP OAVN和TP OAVP 之间连接跳线)，并在输入端施加基准电压(在TP 2.5和TP OAVP 之间连接跳线)。输出为2.5 V。 4.096 V基准电压源 在4.096V测试点测量电压。应读出4.096 V。 1 mA电流源 1 mA电流源在A2输入端提供1 mA (5 V)电流。测试该电路时， 评估板上可安装或不安装AD8450。若已安装AD8450，请 执行以下步骤： 1. 将MODE开关移到CHG位置。在TP11和TP13之间连接 跳线，将CC积分器配置为跟随器。在TP23和TP20之间 连接跳线，并将VSET开关设置到REV位置，以禁用CV 积分器。对TP ISET施加5 V电压。 2. 将CC和CV开关设置到CHG位置，并将DRV_I_OUT开 关设置到INT位置。 3. 将IS_SEL开关移到CUR位置。在TP RSHHI和TP RSHLO 上测得25 mV。 Rev. 0 | Page 35 of 40 5V + 3 2 1 6 5 4 4 NC 3 NC 1 IN 2 10 6 ×133 9 ×200 7 ×66 ×26 ISGN (½) ×200 CC 4.096 V 4.096 V U1 OUT 5 NC 6 7 NC 8 NC 2 4 5 6 ISGP0 ISGP0S ISGP1 18 19 20 RGNS RGN ISVN RBHI 17 14 ISGN1S ISGN0 13 ISGN2 16 12 ISGN3 15 11 RFBN ISGN1 10 RFBP ISGN0S 9 8 ISGP3 ISGP2 7 3 RGPS ISGP1S 2 1 RBLO ISVN RGN RGNS ISGN0 ISGN0S ISGN1 ISGN1S ISGN2 ISGN3 RFBN RFBP ISGP3 ISGP2 ISGP1S ISGP1 78 77 76 ISREFLS R5 SAT INT 3 2 5 EXT 3 2 4 GND_BVP 1 1 BVGN (½) 0.2 0.27 1 3 75 HI 3 27 DRVBVP VREF26 C18 10 µF 10 V 26 74 ISREFH ISREFL 2.5 0.8 0.4 25 24 23 22 DRV _BVP 21 79 R4 SAT ISGP0S ISGP0 RGPS RGP ISVP 80 BVP 3S CS RGP ISVP CHG 1 C6 1 µF 50V -55+150 C CV 3 RB DIS 3 DIS 2 CHG 1 ISGN (½) 4 ×133 2 ×66 IS_SEL (½) 8 RSH 25 Ω 0.01 % 5 1 ×26 ISRCSNK 3 ADR 4540 BRZ CUR DRV RSHLO V_SH RSHHI CUR DRV C1 10 µF C2 35 V 0.1 µF DRV _ ISVN DRV _ ISVP IS_SEL (½) DRV _CS IMAX OAVP 2 AGND VREF GND1 GND2 GND3 GND4 GND5 GND6 GND7 GND8 OAVP 1 20mV (EXT) 73 DRV BREFL EXT 1 SBREFH 2 1LOW 28 72 29 2 71 −5V 2.5 C5 C20 10 µF 1µF 10 V 50 V 2 ISREFHI AVEE AVEERET IMAX BVP3 GND REFLO VREF AGND 3 70 25V R6 SAT 30 68 R9 SAT OAVO ISET 0.2 0.4 6 BVGN (½) 0.8 GND GND_BVN 8 7 9 0.27 33 32 31 SBREFL 3 69 OAVN ISMEA AD8450 X1 ISMEA ISREFLO 67 34 10 63 64 35 DRV BVN 65 TP12 TP7 R8 TP10 10kΩ 66 TP11 DRV _ISET TP8 R7 TP9 10kΩ 36 −5V IVE1 39 25 V C21 1µF 50 V C9 0.1µF 50V 38 62 C14 0.01 µF DISCH 9 VVP0 NC VVE0 VVE1 NC VINT AVCC VCLN VCTRL VCLP −5V 5V CHG OVPR 2.5 OCPR OCPS 12 11 3 1 2.5 10 6 DRV DRV 3 DRVOVPR 5 2.5V 2.5 2.5V 2 DRVOCPR MODE (3of4) 4 1 TP22 C16 0.01µF TP20 EXT _ VSET FAULT_ REF DRV 2 REV TP17 6 TP19 MODE (2of4) TP25 R12 10kΩ TP24 TP23 TP15 LEGEND 1 – C13 0.1µF R 6 7 4 3 + – 2 A1 C12 0.1µF ISRCSNK 6 25 V R3 5kΩ 0.005 % AD8421 7 C10 0.1µF 5 C11 0.1µF −5V 8 25 V A2 1,5,8NC 2 OP1177 −5 5 4 + SILK SCREEN TEXT = 3/8 VECTOR PIN = NET = SMALL SIGNAL = AVEE = DVCC = GROUND = 25V MODE (1of4) 2 DISCH CHG 4 3 1 3 RG C17 0.01µF C19 10 µF 10 V FAULT 5V 3 1 OUT DRV VCTRL 2 DRV _I_OUT INT TP21 R11 TP26 10kΩ −5V LO VCLN 3 25V 5V 1 1 3 C4 10 µF 35 V C15 0.01µF 2 HI LO HI 2 25 V + AVCC 25 V TP16 TP18 VSET VSET VSETBF BVMEA 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 −5V C7 10 µF + 35 V AVEE −5V VCLP R10 10kΩ TPVCLN VCTRL TPVCLP 5V + C8 10 µF 35 V DVCC +5V 57 25 V 58 59 60 DRVOVPS OVPR VREF OCPR OCPS DGND FAULT DVCC NC VSET VSETBF 40 7 8 61 TP14 C3 TP13 0.01 µF MODE (4of4) 37 BVMEA EXT NC AVCC DVCCRET CSH BVP3S AVEE DRV _ISREFL ISREFLS BVP3 BVP2 BVP2 BVP1 BVP1 VINT MODE AVCCRET SHRB ISREFL BVP0 BVP0 ISREFH BVREFH BREFH AVCC BVN0 BVN0 BVREFL BREFL OAVN BVN1 BVN1 BVREFLS BREFLS OAVO BVN2 BVN2 ISET BVN3 BVN3 NC BVN3S BVN3S IVE0 AVEE TPAVEE Rev. 0 | Page 36 of 40 TPMODE 图62. AD8450评估板原理图 OVPS Rev 04 /03 /13 11966-062 AD8450-EVALZ 035252B AD8450 原理图和PCB布局图 11966-063 AD8450 11966-064 图63. AD8450-EVALZ顶层丝网图 图64. AD8450-EVALZ顶层走线图 Rev. 0 | Page 37 of 40 11966-065 AD8450 11966-066 图65. AD8450-EVALZ底层走线图 图66. AD8450-EVALZ电源层 Rev. 0 | Page 38 of 40 11966-067 AD8450 图67. AD8450-EVALZ接地层 Rev. 0 | Page 39 of 40 AD8450 外形尺寸 0.75 0.60 0.45 16.20 16.00 SQ 15.80 1.60 MAX 61 80 60 1 PIN 1 14.20 14.00 SQ 13.80 TOP VIEW (PINS DOWN) 0.15 0.05 SEATING PLANE 0.20 0.09 7° 3.5° 0° 0.10 COPLANARITY 20 41 40 21 VIEW A VIEW A ROTATED 90° CCW 0.65 BSC LEAD PITCH 0.38 0.32 0.22 051706-A 1.45 1.40 1.35 COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MS-026-BEC 图68. 80引脚薄型四方扁平封装[LQFP] (ST-80-2) 尺寸单位：mm 订购指南 型号1 AD8450ASTZ AD8450ASTZ-RL AD8450-EVALZ 1 温度范围 −40°C至+85°C −40°C至+85°C 封装描述 80引脚 LQFP 80引脚 LQFP 评估板 Z = 符合RoHS标准的器件。 ©2014 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. D11966sc-0-1/14(0) Rev. 0 | Page 40 of 40 封装选项 ST-80-2 ST-80-2