国外电子元器件》1” 9年 第 1期 ~1999年 〈 -26- 1月 ●新 特 器 件 应 用 。MAX846A在 通用型 充电器 中的宠用 美国美信产 品公 司 魏智 的解 成的锂 离子 电池充电器和 通 用型 充电器 摘要 :本 文 简单介 绍 了用 MAX846A构 池 镍 镉 电池 镍 氢电池 铅酸电 关键 词 :充 电器 锂 串子 电池 决方案 2,1线 性稳 压电源 (VI~)是 基准 电压 的 线性 稳压 电源 的输 出电压 有短路 保 2倍 ,可 为外 部负载提供 zOmA电 流,并 具 good)为 微控制 器提供 护功 能 ,PWROK(Power一 复位 信 号并 抑制充 电电流 。 1.引 言 于为其供 电 大多 数便 携式 电子产 品的性 能取决 为其 配各 通用型 的电池质 量 ,设 计便 携式产 品时应 型时 ,不 需要 购买 电池充 电器 ,以 便用 户更换 电池类 2.2电 压基准 MAX846A即 是针 对这 新 的充电器。Maxim公 司的 提供精 确 的 高精 度电压基 准源 可 为锂离 子 电池 的。 计 一 目的设 2扯σ 电阻 相连 浮充 电压 ,它 与 一个精 度 为 2%的 成 电流源的 通用 型充电 器一般 具有 电压源转换 Rv盯 设 置 接 ,使 浮 充 电 压 可 通 过 一 外 部 电阻 电电压,有 时还需 充 、 流 电电 充 以监测 式 ,可 出模 输 它直接 影 响浮充 电压 Rv/贸 T应 具有 1%的 精度 ,因 为 镍氢 电池 采 充 电时 间进 行监控 。镍 镉 、 对 电池 温度 、 子 电池 的寿命 及 的精度 ,而 浮充 电压的精 度 对锂离 或电 量 压 的变化 电 电池 测 过检 用恒 流充 电方 式 ,通 具 有 的精 容量 起决 定作 用 ,表 1为 MAX846A所 和 电池 子 锂离 电。 终止充 来 量 池温度 及温 度 的变化 度。 充 电器通常包 括 铅酸 电池 采用限 压恒流 充 电 ,此 类 表 1 浮 充 电压精 度 电 ,在 给锂 离子 一个定 时器 ,在 规定 的时 间 内终 止充 于 1%。 电池充 电时 ,限 压 门限 的精 度 必须高 内置 基准 电压精 度 MAX“ 6A是 一种低 成本 、多 功能 的电池 充电 16脚 QKr封 装 ,用 同一 电路 可为不 控制 器 ,采 用 ∷ ±015% 镍镉 电池 )进 镍氢 、 总误 同类 型的化 学 电池 (锂 离 子 电池 、 度为 1%,假 设最大可调范 围 :5%,则 ° 用就是 作为一个独 差为 :3%~5%) 行充 电。MAX846A最 简单 的应 一 有 内部 其 电 VsEr放 大 及 驱 动 器 逭苎 ,因 立 的限压 电流 源 为锂离 子 电池充 证锂离 子 电池充 电电 个精 度为 0.5%基 准源 ,可 保 调节 回路控 制外 部 压精度 的要求 ,独 立 的电压 、电流 2.3电 压/电 流调节器 了充电器 PNP晶 体 管 (或 P沟 道 MOSFET),简 化 精度衰减 器、电压环路、 电压/电 流调节器 由崔岙 mA、 ⒛ 1%的 为 度 含精 的设 计。另外 ,MAX“ 6A内 衰减器可通过引 电流检测放大器、电流环路组成。 控制 为微 电并 器供 控制 3.3V线 性稳 压源 ,可 为微 池电压或二节锂 脚设置使 电压梅定为一节锂离子电 时为 掉电 系统 电路在 位 压 器的 A/D提 供 基准 电 ,复 8.4Ⅴ )。 电流检 离子电池电压 (对 应电压为 4.2V或 口。 的接 便 方 灵 有 活 号 ,具 微 控制 器提 供复 位 信 际上是一个跨导 测放大器检测电池高端电流,它 实 电 充 电池 的 用 通 成 构 器可 制 控 46A配 合 微 , 罐罐嚣赀福瘙猛蹩 MN鸲 器。 2.MAX8娟 A的 结构 酰W黯鏊鞲霭 赢,鞣报惑暑 成。现分述如 下 (R0上 的电压转换成 放大器,可 将外部限流电阻 (民 sET),通 电流 j并 将此电流作用于外部负载电阻 可通过改 流 过改变 Rs与 民⒐T可 以调节充 电电 ,也 田节点的电流 变 RsET的 低端 电压或增大 /减 小 △ 接在 CCV和 进行调整。电压和 电流环路分别 由连 输出 ccI端 的外部 电容进行补偿校正,两 个环路的 : 髯 | ・■■■■■■Ⅱ■■■■■■■■ Ⅱ 蜘 民¤蔽汹啼t ■■■■■■■■■■凵冖印 渖 鲟 l苷 ::■ ∴ 通过逻 辑 “ ” 或 后 ,驱 动 一 漏极开 路 的内置 N沟 道 MOs场 效应管 构成 的有源 负载 ,外 部 P沟 道 MOs 场效应管 或 PNP晶 体 管调整元 件连 同其 它元 件构 成完整 的回路 。 。 3.稳 定性讨论 电压环路、电流环路 的主极点可 由连接在 电容补 偿端 (ccV、 ⒇ I)的 补偿 电容设置 ,电 池 阻抗 为 25fhΩ 时,电 流环路 的直流增 益约为 5OdB,电 压环 路的直流增 益约为 33dB,ccI输 出电阻 (5OkΩ )和 CCI端 的电容 决定 了电流 环路 的主极点 ,图 1电 路 ‰ r的 推荐值为 10nF,主 极点值为 sOOHz。 外部 PNP 管产生 高频极点 ,约 为 FT/卩 ,该 极点 值 (通 常为几百 kHz)因 PNP管 型号 的不 同而不 同,为 避免因高阻基 极驱 动引起的 自激 ,在 PNP管 的基极与发射极之间 应连接 一 只 1O11F的 电容。 ⊥ 垫垄」 里 Rcs ⒂咖 铡 Csˉ ●设 置 电池节 数 :αLL2接 地 为 一 节 电池 充 电,CELL2接 Vl'可 为 二 节电池充 电 ●设置浮 充 电压 :在 Vsr与 地之间 接人一精度 为 1%的 电阻,可 调低浮充电压,若 ˇ△T悬 空,浮 充 电压为 每节 电池 4.2V,设 所需要 的浮充 电压 为 VF,调 整电阻可按下式选择 : RvsET=20× 式中 , 为 ±5%。 电流调节环 路将 凡ET端 的电压保 持在 1.“ V, 选择 电阻 RJsET以 满足 电流检 测放大器输人 端所需 ● 凡 s与 V1 DRV B^Π 上 " 凋 且下 vι HH叫 ˉ ˉ 泖⑾ ・ Vs曰 RvsEt‘ 1ClkΩ 昶 CCI V1 ND 枘、 夕 咀 电池‘ 2节 ℃ 图 1 锂离子电池充电器线路图 同样 ,ccV输 出电阻 (1SOkΩ )及 CcV端 的电 容确定 电压环路 的主极 点 ,图 1电 路 中 ‰ 的推荐 ° 值 为 10nF,主 极点值为 2∞ Hz。 电池 阻抗 直 流 影 响 电压 环 路 的直 流 及 高频 增 益 ,直 流增益与 电池 内阻成正 比,电 池 的交流阻抗及 其连接 电路引人 的高频零点 将直接影 响高频性能。 在靠近电池处 并联 — 只 4.7uF的 电容 ,可 降低其对 阻抗 的影响。 4.应 用 4.1锂 离子电池充电器 图 1所 示 电路 为 NIAX846A锂 亨 FhT按 下式选择 :^ Rs=忑叭 /I:Aπ `47uF 0N GND Vx=GND或 VL,图 1中 ,RvsET=⒃ okΩ Rv泖 与内部 ⒛ kΩ 电阻构成一分压器 ,可 调节范围 ~ CCV 叩 f±膏≡莒号:;卫 匀 讫Ω 要 的反馈 电压。 PWR0K oFFV 红 器 ,外 围元件 及引脚 按 以下方式设置 苴沉矽人 37~20V __ 子 电池 充 电 风贸T=1,65/ˇ飞(kΩ ) s推 荐值为 165mV。 ● 电池 电压设置 完成前应 将 ON与 连接起来 ,防 止漏电 D ~ Vc・ PWROK 为降低外部晶体管的功耗,应 尽可能的降低电 源电压,或 引人反馈环路 ,使 电源电压跟随电池电压 变化。 4,2通 用型充电器 MAX8弱 A具 有灵活、简单的微控制器接 口电 路,可 与微控制器共同构成通用的电池充电器,为 锂 离子电池、 镍基电池充 电。利用微控制器 的 D/A转 换器或 PWM输 出来调千 浮充电压和充 电电流。在 为镍基电池充电时,应 通过 0FFV输 人端关闭浮充 电压调节。微控锏器还可以利用内部的 A/D转 换器 读取 ISET端 的输出电压,同 样,乜 可以从电池分压 器测得电池 电压。对于锂离子电池,微 控制器需设 置正确的充电电压和电流,对 于镍基电池,除 设置正 确的充电 电压和 电流外 ,还 需检测其充 电终止条 件。镍基电池采用电池 电压负增量或零增量作为充 是电状态的标志,锂 离子电池充足电的核心判据是 电池的稳态开路电压 (通 常为 4.1V± 0.o5或 4,2± 0.05),另 外 ,还 可采取一些其它辅助手段 ,比 如对电 池温度、电池最高电压、 最长充电时间进行监控。由 于在该电路 中选用的微控制器功能比较简单,所 以 1g9P年 第1期 _1gg9年 1月 国外电子元器件》 〈 或 8.4V,对 于不同锂离 子电池 生产厂商的限压要 可选用廉价 的微控制 器 。 求,此 电压可在小范围内调整。为使 VLⅢ r的 精度达 图 2是 由微控 制器 PIC16C73与 MAXs46A构 到 1%,电 压可调范围 ‰ 应小于 1O%,凡 的精度 成 的通用 型充 电器 ,PIC16C73包 括两个 脉 冲宽度 应高于 1%。 调制 (PWM)输 出 :CCP1和 αP2,α P2输 出经滤 充电电流通过 MAXs46A的 电流源控制,电 池 波后连接 MAX846A的 VSET引 脚,以 控制充 电电 电压由 R10、 R11分 压后,送 人微控制器,经 A/D转 测量 MAXB46A -28- 压。微控制 器利用 内部 A/I,转 换器 ⒙ET脚 的电流,对 电池 电流进 行检测 。PWM输 出 cCP1通 过设置 ISET脚 的电 压来 控制 充 电电流 。 PIC16C73工 作 频 率 为 4MHz。 为满 是精 度 要 求 PWM输 出频率设 置在 25kHz,每 个 PWM输 出信 , 器由 号 经 RC滤 波 后 由 缓 冲 器 输 出 ,微 控 制 M川 鸲 46A的 低 压 差线性 稳压 电源供 电。 图 2所 示 电路 的最 高 充 电 电压 由 叽 ET电 压确 定 : 换后 对 电池 电压进行 检测 。 ISET端 稳定 电压 为 1.甾 V,R,、 R9选 ⒛kΩ 时,ISET端 阻抗为 10kΩ 设 CCP1的 占空比为 ¤ ,则 充电电流 , : IcHG=1・ 65v× 1尼 o(1-E)I)=型 L±α迎 j二工L立 罢 1占 空 当 CgⅡ 占空 比为 1时 ,充 电电流为 0;C∞ 比为 0时 ,可 得到最大 充电电流 。图 2电 路 的最大充 电电流 为 825m弋 镍氢电 池充 电 图 2所 示充 电器也 可 以对镍镉 、 他们 不需要浮 充 电压 ,每 节 电池 的最高 充 电电压典 型值为 1,7W,给 镍镉 、镍氢 电池充电时 ,充 电电池 , 玖 盯 =nK鱼 设 n为 Ⅵ 迫卫2五n望 2±垦旦 Cg⒓ 输 出的 占空 比,则 最高充 电电压 为 : MT=絷 编者 注 如对 以上 器件 感兴趣 ,请 与 b饮XIM公 司 北京 : 、l'Ⅳ Ⅱ的调整 范 围为 ⒕ γ=1,甾 节数 可 以达到 四节。 : lR:+黠 D 办事 处联 系。 =觞 :010-62010598 传 真 :010-62010298 电 t纟 图 中 风 取 睨5kΩ ,对 应 可 调 范 围 近 似 为 47%。 为一节或 两 节锂 离子 电池充 电时 ,可 将 CEI'L2端 接地或接 Ⅵ ,最 高充 电电压 限定在 4.2V 咨询 编号 :9gO108 ∶ NPtJr V0△ t DRV ∞ 01 「‘ "臼 l EC1gDs10 ¤ PA9 AN1 CCp1 ∶ C2 PIC10CTs 《 (冫 3(冫 … 1 2 CCP2 Vs$ ANo 艹 η亠 PA3 :ATT MOK oN cELu rq ⊥J 4.7uF 到 -o 图 2 通用型充 电器 电路 图 ● ・ 浪 成 电 路 泣 用 ・ 廉价的通用电池充电控制器 MAX陋 6A 段紊 汉 易传锐 柑 要 :近 年来 由於移动通信和电动车辆的迅速发展 ,各 种 吧屯广泛应用。为了满足铼基 电池 (短 南子电池和铅波电池的木同充电要求 ,可 以采用 MAX80jA纽 成迢 用智能充电器。∵本文详 钿介 绍了 MAXB00A的 基本功能和 实际应炯电路。 丁关铤词 :MAXB0s^ 通用充电番 ∷ ∶ 锂 离子电池 ∵ 镍基电池 1.概 述 , MAX846A是 一 个 种廉 价 的通 用 电池 充 电控 制 器 ,采 用该控制器组成 的充电器 ,可 以对镍镉 、 镍氢和 丨 接人 |间 由 电源 ⒈ 。当 :时 电 i人 滑 }出 电 L工 作 6脚 VⅢ旺 浮充基准电压调整脚 :该 脚悬空时 单体锂离子电池的浮充电压为 4.2V,该 脚与地之间 接人一只电阻 ,浮 充电压可调低。在该脚 与 VL脚 之 锂离子 电池充 电。 ⅡAXB06A最 简单应用是限流恒压充 电器 ,该 充 , 间接人二 只电阻 ,浮 充电压可调高。 电器 可满足锂 离子 电池 的充 电要求 。它也可 以与廉 价微控制器 (uc)组 成通用充电器 ,对 锂离子 、镍镉和 镍氢 电池充 电。 锂离子 电池对充 电电压的檑度要求较 亩 ,为 了满 足 这 一 要 求 ,MAX846A基 准 电压 的 精 度 可 达 到 o。 5%。 电压调整 回路和电流调整 回路 分别控制外接 廉价 的 PNP晶 体管 (或 P沟 道 MOsFET),可 实现各种 充 电模式 。 MAX846A内 含有精度为 1%的 3.3V、 ⒛ mA线 性稳压器 。它可为微控制器 lLc供 电 ,并 为微控制器 的模 ˉ数变换器提供基准电压 。微控制器 的主要功能 49导 只是监 控充 电 电压和 电流并适 时改变充 电模 式 ,因 1池 电 q器 使 此 ,可 选用廉价 的微控制器。 关断 回路可 稳 定 在 1.“ V。 MAX846A采 用 16脚 QsoP封 装,引 脚排列如图 蹿大 , 孑了减 形)接 功率 乏电容 娑地 噪 f连 线 ⒎种 开 脚 。IsET设 定 恒 流值 。为 了监拄 充 电 电流 ,该 脚 到地 之 间应接人 一 只电阻。IsET脚 的电乐 ,通 过 电流调整 2.引 脚 功 能 1所 示 。 囡 1MAXs46A引 脚爿|列 7脚 IsET:电 流设 定 输 入 脚 /电 流 监 拄 器 输 出 , 1脚 DCIN矽卜接直流电源输人端 。该脚输人 电压 的范围为 3.7V~20V。 2脚 VL:3.3V、 ⒛mA1%精 度线性稳压器输 出 端。VL可 为微控制器 ILc和 其他元件供 电 ,该 脚到地 之间接人 4.7uF钽 电容或陶瓷电容作 旁路 电容器。 3脚 CCI:电 流调整回路补偿脚 。 从该脚 到 VL脚 了调 整恒 流 值 ,可 以改 变 IsET脚 到接地脚之间 的外接 电阻 ,也 可在该 脚接人 -只 固定 电阻 ,并 调整该 电阻另一端 的电压 。 .为 8脚 oFFⅤ :关 浙电压调整 回路 的逻辑翰人端 。对 镍镉或镍 氢电池充 电时 ,该 脚应设置 为高 电平 ,从 而 关 断电压调整 回路 。对锂离子电池 充 电时 ,该 脚应接 扌 dL。 , 9脚 PWROK:开 潺极。可为微 控制器提供电源正 常翰人信号 。当 VL低 於 3V时 ,PWROK脚 变为低 电 平 ,复 位暂停周期可用 外接的 RC电 路设定 。 之间应 接人 10nF补 偿 电容器。 4脚 GND:接 地脚。・ 10脚 CEII9:数 字输人。该脚可设定待充 的单体 5脚 CCV:电 压调整 回路补偿脚 。从 该 脚 到 VL 脚之 间应按人 10nF补 偿电容器。 锂离子 电池 串联数。该脚接高电平 VL时 ,可 对 二 只 串联锂离子电 池充 电。该脚接地时 ,可 对单 只锂离子 l999.5(总 笫 1期 ) 《日际电子元:件 〉 p礴 ∶ ∷∶ ∴ △降 ,亠 △∷ 醪 诫 嬲 晖一 ∷ 綮 ‘ =0∷|I∷ 。9。 廉价的通用电池充电控制赉 MAXB0⒍ 电池充 电。 11脚 oN:充 电器按通 /关 断辖 入 控制 。该脚接低 电平 时 ,芯 片 内的驱动 器关浙 ,从 而使充 电器关断 ,电 池 电流 【 B胛 小 於 11tA° 但此 时线性稳压器 VL 正常供 电。 12脚 BAT:电 池 电压 检 测 辖 人 脚 。该脚应接 电池组 的正极 。 13脚 Cs+:电 流取样放大器 同相 擒人 。该脚应接到电流取样 电阻与输人 电源相连的一端 ,或 者接到 电流取样 电 阻与 串联调整管相连 的-端 。 10脚 Cs-:电 流取样放大器反相 稔入 。该脚应接到电流取样 电阻与 电池 相连的一端 ,或 者接到电流取样 电阻与 串联调整管相连的一瑙 。 15脚 PGND:功 率接地脚 。 16脚 DRV:外 接 串联 调 整 管 (P 沟道 MOsFET或 PNP晶 体管 )的 栅极 / 基极驱动信号辖 出脚 。电流只能流人该 曰 2Ⅱ AX弘 6A的 组成 脚。 3.主 要技术参数 刁卜 。 4.1线 性稳压 器 DCIN、 DRV、 Cs+、 Cs-、 BAm脚 GND脚 的 电压 : PGND脚 到 GND脚 的电压 : VL脚 到 GND脚 的电压 : PWROK脚 的电漉 : ˉ0.3V,+21V 到 ±0.3V ˉ0.3V,刀 iOmA PWROK、 IsET、CCI、 CCV、 oFFV! Vs田 、CEII9、 oN脚 到 GND脚 的 电压 : 3V,VL+0.3V Cs+到 Cs-脚 的电压 VL脚 短路踉流值 DRV脚 的淮电流 连续功耗(TA=+7σ ℃、 QsOP室 r装 ) ±0.3V : : (+TO℃ 以上按 8.3【 nv/℃ 降颌) 工作温度范围(MAXB0sAEE,: 存贮温度 5斌 1O00mA “7mw ˉ40℃ 到 +gs℃ +15σE 结温Ⅱ | : -“ ℃ 到 +1刨 ℃ 焊按温度 (焊 接时同 10:), 300t 4.基 本工作原理 在查压器t疳 峦基准电庆相电庆/电 廴耱 稳压器可为外部负载提供 20mA电 流,并具有短路保护 功能 ,VL脚 短路到地时 ,辖 出短路 电流可限制在 50mA。 电源正常抬出脚 (PWROKl可 为微控制器(u)提 -⒍ : 低压差线性稳压器的擒出电压 VL始 终为内部基 准电压的 2估 ,因 此 ,VL可 跟琮基准电压。低压差线性 供复位和充电电流封锁信号。 ・ 4.2基 准 电压 MAXg猸淡内部的精密基准电庆可用来设定锂离子 电池所需的高精度浮充电压。基准电压输出端串有精度 为 2%的 20kΩ 电阻,该 脚外接一只精度为 1%的 电阻 (Rvsm),就 可组成分压器。利用该分压器 ,可 以调整锂离 子电池的浮充电压,满 足各类锂离子电池的不同需求。 浮充电压的宿度对保证锂离子电池的寿命和充足电都 是非常重要的。影咱浮充电压桔度的主要因紊如表 1所 列。 4.⒊ 电压 /电 流调猹器 、 电压/电 流调整器包括棺密衰诫电路、电压调整回 路、电流取样放大器和电流调整回路等部分。通过衰减 ;推 :零 斧 电路可以改变稳定电压值 ,以 满足-只 和两只单体锂离 (田 碎屯子元:件 冫 I叨 以s(总 筘 1朔 ) ・J0￠ 启砌 表 l . '在 唧 浮充电压 的柑度 脚和地之 间接 1只 棺度为 1%的 电阻 可将浮充电压淘低。在 Vsm脚 和 VL脚 之 闯接人只电咀可将浮充电压调亩。唧 脚悬空时 ,每 只单 体锂离子 电池的浮充电压 为 4.2V。 假设单体 电池 要 求的浮充电压为 VF,那 么电阻 Rvm的 阻值 应按下式 ∷ ∷∷ 计箅: Ⅱ ∵ | 误 差 源 误 差 内部基准 电压 的棺度 ±⒍ 5% 分压器 引起 的 Vsm误 差 ±0.15% V田 放大器和分压器 的枯度 ±0.25% 总檑度 ±⒍ 9% RwJr=⒛ ko【 臼 。 z/1.6” 子电池浮充电压的要求 (分别为 犭。 γ 相 8。 ov)。 电流取 样放大器实质△早T个 夸导放大器。它可将外部取样电 阻两端的电压变换为电池的电流 ,并 将该电流加到外接 负载电阻 R~,利 用 Rcs和 R~设 定充电电流。改变 RsⅡ 下璃的电压 ,或 者通过 IsET结 点电流相加或相减 都可以涸猹充电电流。电压和电流调整回路可通过 CCV , ”~/rI/rb~⒋ ” 式 中 ,yx汐 vL或 孝 地 点 的 电压 ,/F为 单 体 电池 的浮充 电压 ,浮 充 电压 需 要 在 ±5%范 围 内调 整 时, RⅥ 睨 应 为 000ko。 5.I。 3电 流泪止回路计Ⅱ 电流调整回路将 IsET脚 的电压维持在 “V。 选择 IsET脚 外接 电阻 RsET可 以决定电流取样放 大 1。 器辖人端所锊的反馈电压。 R6和 R咖 按下式计箅 : Rcs〓 ‰ /rm″ Rrw?r铜 ρ丿〓r。 “ //‰ ^ 为 了避 免 电池 电压达 到设定 值 以前 ,充 电电流 吲 变化 ,oN脚 应 当接到 PWROR脚 。 ⒒ 设计 中应尽 呈减小 外 接 串联 阏整 管的功耗 ,为 ρ 0oRK 此 ?DCIN脚 ”输人 电压应 尽可能 低一些 ,或 者使该 ・ 电压跟随 电池 的充 电电压 而变。 脱V⒅ FsA 5.2微 处 理 控 制 的 通 用 电 池 充 电 器 微处理 器控 制 的通用充 电器如 图 4所 示 。该充 电器可对 镍镉 氢和锂 离子 电池充 电。外 接元 件 的选 择 方 法 与'镍 图 3基 本 相 同 。利 用 DAC或 uc的 图 3 PWM搐 出 ,可 凋整 浮充 电压和充 电电流 。对镍 钼 (镍 0Fw馋 人 脚 关 浙 浮 充 电 压 。利用微 控制器 的 ADG,读 出 IsET箝 出电压 ,也 可 锂 离 子 电池 充 电器 氢 电池 充 电时 ,可 利 用 和 CCI脚 外接的电容器单 独补偿 。电压和电流 调整 回路 的输 出经过或 门电路后 ,驱 动 内部开漏极 N沟 道 MOs~ 田 。该 MOsFET控 制外接 的 P沟 道 MOsFET或 PNP 。 晶体管。 5.应 用 电路 5.1。 锂离子电池充电器 由 MAXBosA组 成的锂离子 电池充电器实际电路 , 如图 3所 示。外部元件的选择和各 引脚的接法说明如 下 : 5.1.1单 体 电池数设定 CEL泣 脚接地 时 ,该 充 电器可对 1只 单体锂 离 子 电池充 电 ,CHI9脚 接 VL时 ,可 对两只 串联锂离 子 电池充电。 5.1.2浮 充电压泪 拄 (日 团 4 饮 处 理 器 拄 制 的通 用 充 电帮 际电子元:件 冫 I999.5(总 笫 I期 ) 吁弩 Ⅱ△群Ⅱ ∶ ∶ 呷 狃0 亠Ⅱ 二戒 :● 虫 .△ | 蒹价的涵田电池充电 控制器 MAXB06A 以监控 电池 的充 电电流 。同时 ,电 池 的电压也可利 用 电池 两端 的分压 器来 检 浏 。 应 当说 明 ,微 控 制 器 只 需 修 正 电池 的充 电 电压 和 电流 ,并 且检 浏镍 镉 、镲 氢 电池 充 电终止条件 ,达 到此条件 后 ,及 时将 充 电 电流调 整 为涓流 电流 。 珉 "调 整方法 如 图 5所 示 。ISET调 整方法如 图 6 所示 。 离线 式 大 功 率通 用 充 电器 的基本 结构 离线式大功率通用充电器 的基本结构如图 7所 示。 采用离线式开关稳 电源 ,可 使 PNP串 联调整 甓 的 压 降降到 1.2Ⅴ 。采用光 电耦合反馈 电路 ,也 可大大减 5.3。 小 串联调整元件 的功耗 ,因 此 ,这 种 电路适用於大电 流充 电器。 ◆ 图 5VsET调 整方 法 图 7 离线式通用充 电器的基本结构 图 6IsIrr调 整方 法 心 宀 §′Φ ^Φ ^0′ (上 接 第 2页 Φ ′ Φ 宀 0′0^§ ′ ˉ ′ Ⅱ宀￠ 宀 `⑤ 0扒 艹 `圹 心 ^Φ ⌒ § ⌒ § ′ 0′ Φ ′ § ′ § 八 0叭0′0′ 00巾 宀 .宀 § ′ Φ ⌒ § ′ 0′0′0′ 0′,′§ 宀 § ′ Φ ′ § 宀 s′圹 ) 只允许放 电电流流过 。只有单体 电池 电压低于 3。 TsV 后 ,状 态机才会重新进 人 正常工作状态。这样 ,状 态 允许充 电电流流过功率 MOsFET。 同时 LPWARN脚 变为低 电平 ,UCCs911进 人 睡眠状态 ,静 态 电流只有 机在两种状态之 间转换 时 ,可 以避免因电池的等效 串联 电阻 (EsR)而 使 电路在两种状态 之间不停地转 3uA,这 样可把 电池放 电量 限制到最小值。两 只电池 的电压超过 3。 OV以 前 ,UCC3911始 终在睡眠状态 。 换 。当 UCC3911进 人过压状态 (oV)后 ,KI⒒ 输 出信 号为高电平 。只有使能脚 (CE)变 为低电平 ,KI⒒ 输 只要两 只电池 的电压之和不 低 于最低保证 工 作 电压 3.7V,电 池组仍可 以继续充 电。 池 如果两 只 电池 的电压差 别很大 ,比 如一只电∷ 出信号才变为低 电平 。需要 时 ,加 人附加电路 ,KI⒒ 锁存器可 以永 久 关 断 电池组 。 的 电压 超 过 4。 笏 V,另 一 只 电池 的 电压低 于 2.5Ⅴ 时 ,功 率 MOsFET既 不允许充 电电流流过 ,也 不允许 电池1或 电洳 的电压 电池1熏 电湖 的电压 ‘于2。 sf 。猁 扭过‘ 2捅 獭顿 电池1、 2 电压)30J 放 电电流流过 ,并 且过压 (oV)和 欠压 (UV)信 号都变 为高 电平 。电池组不可能从 该状态下恢复正常工作 ・ 因此应 当报废 。 , 电池正常 的大 电流通路是从 UCC” 11的 Bo(10 和 11)脚 到 GND(6、 7)脚 。GND脚 应接到 电源系统 (包 括充 电器和负载 )的 地 。sUBs(4、 5、 12、 13)脚 在 内 这些 引脚应 当与散热器连接 部接 UCC3911的 基片 。 工 UCC3911的 应 当注意 ,因 为散热 作温度 。 以便 降低 , 器不能接系统 的地 ,所 以 ,散 热器必须与 UCC39Ⅱ 的 其他引脚 (包 括 GND脚 )隔 离 。 电池组放 电电流超过 5。 图4 保护电珞工作状态图 放 电过程 中 ,如 果一 只或两 只 电池的电压低 于 3V,LPWARN脚 就 变 为高 电平 ,指 示电池组电压过 ‘ 卢 低 。这可作为 电池应 当充 电的信号。 ∴ 放电过程中,-只 或两只电池的电压低于25V 叮,UV(欠 压)呷 罕~邺 曳平J毕 叮:差 肀早馈回路只 保护 电路将关 断功率 zsA时 ,UCC3911短 路 MOsmT,不 允许继续放 电。短 路 保 护正常延迟时间为 1∞ ILs。 组装保护器时 ,使 能 (CE)脚 可用来起动电池组 的状态 。该脚 为低 电平 时 ,强 制状态机进 人正常状 态 。电池装好后 ,应 当切浙使 能脚与 按 地脚之间的接 线 ,使 状态机进人启动状态 。 ◆ 《 日亦电子元吕件,i,99.5(总 第 I翔 ) 19-1121; Rev 0; 9/96 KIT ATION EVALU E L B A AVAIL Cost-Saving Multichemistry Battery-Charger System The MAX846A is a cost-saving multichemistry batterycharger system that comes in a space-saving 16-pin QSOP. This integrated system allows different battery chemistries (Li-Ion, NiMH or NiCd cells) to be charged using one circuit. In its simplest application, the MAX846A is a standalone, current-limited float voltage source that charges Li-Ion cells. It can also be paired up with a low-cost microcontroller (µC) to build a universal charger capable of charging Li-Ion, NiMH, and NiCd cells. An internal 0.5%-accurate reference allows safe charging of Li-Ion cells that require tight voltage accuracy. The voltage- and current-regulation loops used to control a low-cost external PNP transistor (or P-channel MOSFET) are independent of each other, allowing more flexibility in the charging algorithms. The MAX846A has a built-in 1%, 3.3V, 20mA linear regulator capable of powering the µC and providing a reference for the µC’s analog-to-digital converters. An on-board reset notifies the controller upon any unexpected loss of power. The µC can be inexpensive, since its only functions are to monitor the voltage and current and to change the charging algorithms. ________________________Applications ____________________________Features ♦ ♦ ♦ ♦ Multichemistry Charger System (Li-Ion, NiMH, NiCd) Independent Voltage and Current Loops ±0.5% Internal Reference for Li-Ion Cells Lowers Cost: —Stands Alone or Uses Low-Cost µC —Built-In 1% Linear Regulator Powers µC —Linear Regulator Provides Reference to µC ADCs —Built-In µC Reset —Controls Low-Cost External PNP Transistor or P-Channel MOSFET ♦ Space-Saving 16-Pin QSOP ♦ Charging-Current-Monitor Output ♦ <1µA Battery Drain when Off ______________Ordering Information PART TEMP. RANGE MAX846AC/D 0°C to +70°C MAX846AEEE -40°C to +85°C PIN-PACKAGE Dice* 16 QSOP *Dice are tested at TA = +25°C only. Contact factory for details. Li-Ion Battery Packs Desktop Cradle Chargers Li-Ion/NiMH/NiCd Multichemistry Battery Chargers Cellular Phones __________Typical Operating Circuit 3.5V TO 20V Notebook Computers Hand-Held Instruments __________________Pin Configuration DRV TOP VIEW CS- DCIN 1 VL 2 CCI 3 GND 4 16 DRV CS+ 15 PGND DCIN 14 CS- MAX846A 13 CS+ CCV 5 12 BATT VSET 6 11 ON ISET 7 10 CELL2 OFFV 8 9 QSOP PWROK ISET BATT Li-ION BATTERY MAX846A VL CELL2 CCV GND CCI PGND PWROK ON ________________________________________________________________ Maxim Integrated Products 1 For free samples & the latest literature: http://www.maxim-ic.com, or phone 1-800-998-8800 MAX846A _______________General Description MAX846A Cost-Saving Multichemistry Battery-Charger System ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS DCIN, DRV, CS+, CS-, BATT to GND........................-0.3V, +21V PGND to GND.....................................................................±0.3V VL to GND......................................................................-0.3V, 7V IPWROK ................................................................................10mA PWROK, ISET, CCI, CCV, OFFV, VSET, CELL2, ON to GND ............................................-0.3V, VL + 0.3V CS+ to CS-..........................................................................±0.3V VL Short to GND.........................................................Continuous IDRV ...................................................................................100mA Continuous Power Dissipation (TA = +70°C) QSOP (derate 8.3mW/°C above +70°C) ........................667mW Operating Temperature Range MAX846AEEE ....................................................-40°C to +85°C Junction Temperature ......................................................+150°C Storage Temperature Range .............................-65°C to +160°C Lead Temperature (soldering, 10sec) .............................+300°C Stresses beyond those listed under “Absolute Maximum Ratings” may cause permanent damage to the device. These are stress ratings only, and functional operation of the device at these or any other conditions beyond those indicated in the operational sections of the specifications is not implied. Exposure to absolute maximum rating conditions for extended periods may affect device reliability. ELECTRICAL CHARACTERISTICS (VDCIN = 10V, ON = VL, IVL = IVSET = 0mA, VCS- = VCS+ = 10V, VBATT = 4.5V, VOFFV = VCELL2 = 0V, TA = 0°C to +85°C, unless otherwise noted. Typical values are at TA = +25°C.) PARAMETER CONDITIONS MIN TYP MAX UNITS 5 mA 20.0 V VL REGULATOR DCIN Supply Current VDCIN = 20V, IDRV = IVL = 0mA Operating Range 3.7 Output Voltage 0mA < IVL < 20mA, 3.7V < VDCIN < 20V Short-Circuit Current Limit VL = GND PWROK Trip Level Rising VL edge, 2% hysteresis VL Undervoltage-Lockout Level 3.267 3.305 3.333 50 2.9 3.0 2.5 V mA 3.1 V 2.9 V REFERENCE Output Voltage Measured at VSET, IVSET = 0mA, VON = 0V Output Resistance -0.5% 1.650 +0.5% V -2% 20 +2% kΩ 0.95 1 1.05 mA/V 3 µA 20.0 V CURRENT-SENSE AMPLIFIER Transconductance VISET = 1.7V, VCS+ - VCS- = 165mV Output Offset Current VCS+ = 4V Input Common-Mode Range Measured at VCS-, VCS+ - VCS- = 165mV 2.1 Maximum Differential Input Voltage VCS- = VISET = 2.1V, CSA transconductance >0.9mA/V 225 CS- Lockout Voltage When VCS- is less than this voltage, DRV is disabled. 1.9 CS+, CS- Input Current VCS+ = 20V, VCS+ -VCS- = 165mV CS+, CS- Off Input Current DCIN = VL = ON = GND 2 mV 0.01 _______________________________________________________________________________________ 2.1 V 250 µA 10 µA Cost-Saving Multichemistry Battery-Charger System MAX846A ELECTRICAL CHARACTERISTICS (continued) (VDCIN = 10V, ON = VL, IVL = IVSET = 0mA, VCS- = VCS+ = 10V, VBATT = 4.5V, VOFFV = VCELL2 = 0V, TA = 0°C to +85°C, unless otherwise noted. Typical values are at TA = +25°C.) PARAMETER CONDITIONS MIN TYP MAX UNITS VOLTAGE LOOP Voltage-Loop Set Point VVSET = 1.650V, VCELL2 = 0V, IDRV = 1mA, VDRV = 10V -0.25% 4.2 +0.25% VVSET = 1.650V, VCELL2 = VL, IDRV = 1mA, MAX846A VDRV = 10V -0.25% 8.4 +0.25% VSET Common-Mode Input Range V 1.25 CCV Output Impedance 2.0 150 Voltage-Loop Load Regulation 1mA < IDRV < 5mA BATT Input Current VBATT = 10V, CELL2 = GND or VL BATT Off Input Current VBATT = 10V, ON = GND, CELL2 = GND or VL V kΩ % 0.05 225 µA 0.01 1 µA 1.650 1.666 V CURRENT LOOP Current-Loop Set Point IDRV = 5mA, VDRV = 10V 1.634 CA Voltage Gain 5 V/V CCI Output Impedance 50 kΩ Overcurrent Trip Level When VISET exceeds this voltage, DRV current is disabled. 1.90 2.1 V DRIVER DRV Sink Current VDRV = 3V DRV Off Current VDRV = 20V, VON = 0V 20 mA 0.1 100 µA VL V LOGIC INPUTS AND OUTPUTS Input High Level CELL2, ON, OFFV 2.4 Input Low Level CELL2, ON, OFFV 0 Input Current CELL2, ON, OFFV PWROK Output Low Level IPWROK = 1mA, VDCIN = VVL = 2.5V PWROK Output High Leakage VPWROK = 3.3V 0.01 0.01 0.8 V 1 µA 0.4 V 1 µA _______________________________________________________________________________________ 3 MAX846A Cost-Saving Multichemistry Battery-Charger System ELECTRICAL CHARACTERISTICS (Note 1) (VDCIN = 10V, ON = VL, IVL = IVSET = 0mA, VCS- = VCS+ = 10V, VBATT = 4.5V, VOFFV = VCELL2 = 0V, TA = -40°C to +85°C, unless otherwise noted.) PARAMETER CONDITIONS MIN TYP MAX UNITS 5 mA 3.259 3.341 V 2.9 3.1 V 2.5 3.0 V VL REGULATOR DCIN Supply Current VDCIN = 20V, IDRV = IVL = 0mA Output Voltage 0mA < IVL < 20mA, 3.7V < VDCIN < 20V PWROK Trip Level Rising VL edge, 2% hysteresis VL Undervoltage-Lockout Level REFERENCE Output Voltage Measured at VSET, IVSET = 0mA, VON = 0V Output Resistance -0.7% 1.650 +0.7% V -2% 20 +2% kΩ CURRENT-SENSE AMPLIFIER Transconductance VISET = 1.7V, VCS+ - VCS- = 165mV 1.07 mA/V Output Offset Current VCS+ = 4V 0.93 5 µA CS+, CS- Off Input Current VON = 0V, VCS+ = VCS- = 10V 10 µA VOLTAGE LOOP Voltage-Loop Set Point BATT Off Input Current VVSET = 1.650V, VCELL2 = 0V, IDRV = 1mA, MAX846A VDRV = 10V -0.35% 4.2 +0.35% VVSET = 1.650V, VCELL2 = VL, IDRV = 1mA, VDRV = 10V -0.35% 8.4 +0.35% V VBATT = 10V, ON = GND, CELL2 = GND or VL 1 µA CURRENT LOOP Current-Loop Set Point IDRV = 5mA, VDRV = 10V 1.625 1.675 V Overcurrent Trip Level When VISET exceeds this voltage, DRV current is disabled. 1.86 2.14 V DRIVER DRV Sink Current VDRV = 3V DRV Off Current VDRV = 20V, ON = GND 20 Note 1: Specifications to -40°C are guaranteed by design and not production tested. 4 _______________________________________________________________________________________ mA 100 µA Cost-Saving Multichemistry Battery-Charger System BATTERY INPUT CURRENT vs. BATTERY VOLTAGE CURRENT-SENSE AMPLIFIER TRANSCONDUCTANCE vs. ISET VOLTAGE 80 CELL2 = VL 70 ∆V = 100mV 1.015 ∆V = 165mV 1.010 1.005 1.000 ∆V = 200mV 0.995 CELL2 = GND 60 82kΩ 50 128kΩ ON 40 30 20 OFF 10 ∆V = 250mV 0 0.990 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 1 2 3 GAIN 150 30 120 20 90 10 40 60 30 30 20 0 10 -30 PHASE 8 9 10 -40 -50 -20 -120 1M -60 1k 10k 100k FREQUENCY (Hz) 60 GAIN 30 0 = - Charging at 100mA = -Charging at 200mA 2 Li-Ion Cells CCCV = 10nF COUT = 4.7µF TIP2955 PNP PASS TRANSISTOR -30 -90 120 90 -20 -60 180 150 PHASE 0 -10 100 7 MAX846-04 -10 0 10 100 1k 10k 100k FREQUENCY (Hz) -30 -60 -90 --120 1M Li-ION CHARGING PROFILE MAX846-04 900 9.0 8.8 700 BATTERY VOLTAGE 8.6 8.4 600 8.2 500 8.0 400 7.8 300 7.6 200 7.4 CHARGING CURRENT 100 BATTERY VOLTAGE (V) 800 CHARGING CURRENT (mA) 10 6 PHASE (DEGREES) 60 40 GAIN (dB) CCCI = 10nF 180 PHASE (DEGREES) MAX846-03 50 5 VOLTAGE-LOOP GAIN CURRENT-LOOP GAIN 80 70 4 BATT VOLTAGE (V) ISET VOLTAGE (V) GAIN (dB) CSA GM (mA/V) 1.025 1.020 MAX846-02 ∆V = VCS+ - VCS- BATT INPUT CURRENT (µA) 1.030 MAX846-01 1.035 7.2 0 7.0 0 60 120 180 240 TIME (MINUTES) _______________________________________________________________________________________ 5 MAX846A __________________________________________Typical Operating Characteristics (TA = +25°C, unless otherwise noted.) MAX846A Cost-Saving Multichemistry Battery-Charger System ______________________________________________________________Pin Description PIN NAME FUNCTION 1 DCIN 2 VL 3.3V, 20mA, 1% Linear-Regulator Output. VL powers the system µC and other components. Bypass to GND with a 4.7µF tantalum or ceramic capacitor. 3 CCI Current-Regulation-Loop Compensation Pin. Connect a compensation capacitor (typically 10nF) from CCI to VL. 4 GND Ground 5 CCV Voltage-Regulation-Loop Compensation Pin. Connect a compensation capacitor (typically 10nF) from CCV to VL. 6 VSET Float-Voltage Reference-Adjust Input. Leave VSET open for a 4.2V default. See the Applications Information section for adjustment information. 7 ISET Current-Set Input/Current-Monitor Output. ISET sets the current-regulation point. Connect a resistor from ISET to GND to monitor the charging current. ISET voltage is regulated at 1.65V by the currentregulation loop. To adjust the current-regulation point, either modify the resistance from ISET to ground or connect a fixed resistor and adjust the voltage on the other side of the resistor (Figure 5). The transconductance of the current-sense amplifier is 1mA/V. 8 OFFV Logic Input that disables the voltage-regulation loop. Set OFFV high for NiCd or NiMH batteries. 9 PWROK Open-Drain, Power-Good Output to µC. PWROK is low when VL is less than 3V. The reset timeout period can be set externally using an RC circuit (Figure 3). 10 CELL2 Digital Input. CELL2 programs the number of Li-Ion cells to be charged. A high level equals two cells; a low level equals one cell. 11 ON 12 BATT Battery Input. Connect BATT to positive battery terminal. 13 CS+ Current-Sense Amplifier High-Side Input. Connect CS+ to the sense resistor’s power-source side. The sense resistor may be placed on either side of the pass transistor. 14 CS- Current-Sense Amplifier Low-Side Input. Connect CS- to the sense resistor’s battery side. 15 PGND 16 DRV Supply Input from External DC Source. 3.7V ≤ VDCIN ≤ 20V. Charger ON/OFF Input. When low, the driver section is turned off and IBATT <1µA. The VL regulator is always active. Power Ground External Pass Transistor (P-channel MOSFET or PNP) Base/Gate Drive Output. DRV sinks current only. _______________Detailed Description The MAX846A battery-charging controller combines three functional blocks: a 3.3V precision, low-dropout linear regulator (LDO), a precision voltage reference, and a voltage/current regulator (Figure 1). Linear Regulator The LDO regulator output voltage (VL) is two times the internal reference voltage; therefore, the reference and LDO track. VL delivers up to 20mA to an external load and is short-circuit protected. The power-good output (PWROK) provides microcontroller (µC) reset and charge-current inhibition. 6 Voltage Reference The precision internal reference provides a voltage to accurately set the float voltage for lithium-ion (Li-Ion) battery charging. The reference output connects in series with an internal, 2%-accurate, 20kΩ resistor. This allows the float voltage to be adjusted using one external 1% resistor (R VSET ) to form a voltage divider (Figure 4). The float-voltage accuracy is important for battery life and to ensure full capacity in Li-Ion batteries. Table 1 shows the accuracies attainable using the MAX846A. _______________________________________________________________________________________ Cost-Saving Multichemistry Battery-Charger System Stability The Typical Operating Characteristics show the loop gains for the current loop and voltage loop. The dominant pole for each loop is set by the compensation capacitor connected to each capacitive compensation pin (CCI, CCV). The DC loop gains are about 50dB for the current loop and about 33dB for the voltage loop, for a battery impedance of 250mΩ. The CCI output impedance (50kΩ) and the CCI capacitor determine the current-loop dominant pole. In Figure 2, the recommended CCCV is 10nF, which places a dominant pole at 300Hz. There is a high-frequency pole, due to the external PNP, at approximately fT/ß. This pole frequency (on the order of a few hundred kilohertz) will vary with the type of PNP used. Connect a 10nF capacitor between the base and emitter of the PNP to prevent self-oscillation (due to the high-impedance base drive). Similarly, the CCV output impedance (150kΩ) and the CCV capacitor set the voltage-loop dominant pole. In Figure 2, the compensation capacitance is 10nF, which places a dominant pole at 200Hz. The battery impedance directly affects the voltage-loop DC and high-frequency gain. At DC, the loop gain is proportional to the battery resistance. At higher frequencies, the AC impedance of the battery and its connections introduces an additional high-frequency zero. A 4.7µF output capacitor in parallel with the battery, mounted close to BATT, minimizes the impact of this impedance. The effect of the battery impedance on DC gain is noticeable in the Voltage-Loop-Gain graph (see Typical Operating Characteristics). The solid line represents voltage-loop gain versus frequency for a fully charged battery, when the battery energy level is high and the ESR is low. The charging current is 100mA. The dashed line shows the loop gain with a 200mA charging current, a lower amount of stored energy in the battery, and a higher battery ESR. __________Applications Information Stand-Alone Li-Ion Charger Figure 2 shows the stand-alone configuration of the MAX846A. Select the external components and pin configurations as follows: • Program the number of cells: Connect CELL2 to GND for one-cell operation, or to VL for two-cell operation. • Program the float voltage: Connect a 1% resistor from VSET to GND to adjust the float voltage down, or to VL to adjust it up. If VSET is unconnected, the float voltage will be 4.2V per cell. Let the desired float voltage per cell be VF, and calculate the resistor value as follows: Table 1. Float-Voltage Accuracy ERROR SOURCE ERROR Internal-reference accuracy ±0.5% VSET error due to external divider. Calculated from a 2% internal 20kΩ resistor tolerance and a 1% external RVSET resistor tolerance. The total error is 3% x (adjustment). Assume max adjustment range of 5%. ±0.15% VSET amplifier and divider accuracy ±0.25% TOTAL ±0.9% _______________________________________________________________________________________ 7 MAX846A Voltage/Current Regulator The voltage/current regulator consists of a precision attenuator, voltage loop, current-sense amplifier, and current loop. The attenuator can be pin programmed to set the regulation voltage for one or two Li-Ion cells (4.2V and 8.4V, respectively). The current-sense amplifier is configured to sense the battery current on the high side. It is, in essence, a transconductance amplifier converting the voltage across an external sense resistor (RCS) to a current, and applying this current to an external load resistor (RISET). Set the charge current by selecting RCS and RISET. The charge current can also be adjusted by varying the voltage at the low side of RISET or by summing/subtracting current from the ISET node (Figure 5). The voltage and current loops are individually compensated using external capacitors at CCV and CCI, respectively. The outputs of these two loops are OR’ed together and drive an open-drain, internal N-channel MOSFET transistor sinking current to ground. An external P-channel MOSFET or PNP transistor pass element completes the loop. MAX846A Cost-Saving Multichemistry Battery-Charger System DC INPUT (OR P-CHANNEL) 3.5V TO 20V 0.01µF RDRV 660Ω DCIN 3.3V TO µC VL 3.3V, 1% LDO 4.7µF DRV CS+ PGND GND OR DAC RCS 165mΩ IBATT 1k BST N CSA CS- ISET 10k VL TO ADC 2V CL VL 5nF CCI 1.65V CA VL 5nF CCV BATT Li OR Ni VA VA 4.7µF 2 Li 1 Li OFF CELL2 N OFFV ON OPEN OR DAC RVSET VSET 400k, 1% (±5% ADJ) 20k, 2% 1.65V, 0.5% REF N VL REFOK GND CS- > 2V DRV ENABLE PWROK MAX846A VL > 3V ON ON OFF Figure 1. Functional Diagram 8 _______________________________________________________________________________________ TO µC Cost-Saving Multichemistry Battery-Charger System BATT DCIN 3.7V TO 20V RCS MAX846A (0.165V ) I EXTERNAL PASS TRANSISTOR CAN BE EITHER PNP OR PMOS FET. 10nF 4.7µF RDRV 660Ω CS+ CS- DRV VL BATT RVSET ADJUST (UP) VSET DCIN (DOWN) VL MAX846A 100k 10k PWROK ISET RISET ON 0.01µF CCI VL CCV (2 CELLS) 0.01µF CELL2 OFFV (1 CELL) 4.7µF GND PGND Figure 2. Stand-Alone Li-Ion Charger RVSET = 20kΩ 4.2 VX − VF 1.65 VF − 4.2 where VX is either GND or VL, and VF is the per-cell float voltage. In the circuit of Figure 1, R VSET is 400kΩ. RVSET and the internal 20kΩ resistor form a divider, resulting in an adjustment range of approximately ±5%. The current-regulation loop attempts to maintain the voltage on ISET at 1.65V. Selecting resistor RISET determines the reflected voltage required at the currentsense amplifier input. • Calculate RCS and RISET as follows: RCS = VCS / IBATT RISET (in kΩ) = 1.65V / VCS where the recommended value for VCS is 165mV. • Connect ON to PWROK to prevent the charge current from turning on until the voltages have settled. Minimize power dissipation in the external pass transistor. Power dissipation can be controlled by setting the DCIN input supply as low as possible, or by making VDCIN track the battery voltage. Microprocessor-Controlled Multichemistry Operation The MAX846A is highly adjustable, allowing for simple interfacing with a low-cost µC to charge Ni-based and Li-Ion batteries using one application circuit (Figure 3). _______________________________________________________________________________________ 9 MAX846A Cost-Saving Multichemistry Battery-Charger System P DCIN 3.7V TO 20V Li OR Ni CS+ CS- DRV BATT DCIN ADC (MEASURE V(BATT)) CCI CCV MAX846A ON CELL2 I/O (LOW = TURN OFF CHARGE) I/O (HIGH = 2 Li CELLS) OFFV I/O (HIGH = DISABLE FLOAT V) VSET PWM/DAC (CONTROL FLOAT V) ISET PWM/DAC (CONTROL CHARGE I) ADC (MEASURE IBATT) GND VL VDD MICROCONTROLLER PGND PWROK RST Figure 3. Desktop Multichemistry Charger Concept Component selection is similar to that of stand-alone operation. By using DACs or µC PWM outputs, the float voltage and charging current can be adjusted by the µC. When a Ni-based battery is being charged, disable the float-voltage regulation using the OFFV input. The µC can also monitor the charge current through the battery by reading the ISET output’s voltage using its ADC. Similarly, the battery voltage can be measured using a voltage divider from the battery. Note that the µC only needs to configure the system for correct voltage and current levels for the battery being charged, and for Ni-based batteries to detect end-ofcharge and adjust the current level to trickle. The controller is not burdened with the regulation task. 10 Float-voltage accuracy is important for battery life and for reaching full capacity for Li-Ion batteries. Table 1 shows the accuracy attainable using the MAX846A. For best float-voltage accuracy, set the DRV current to 1mA (RDRV = 660Ω for a PNP pass transistor). High-Power Multichemistry Offline Charger The circuit in Figure 6 minimizes power dissipation in the pass transistor by providing optical feedback to the input power source. The offline AC/DC converter maintains 1.2V across the PNP. This allows much higher charging currents than can be used with conventional power sources. ______________________________________________________________________________________ Cost-Saving Multichemistry Battery-Charger System MAX846A 20k 400k VSET 1.65V 0 TO VL 20k VSET 1.65V DAC 2% 0 2% 1% MAX846A MAX846A 100% µC PWM OUTPUT 400k 1% n WITH VOLTAGE OUTPUT DAC WITH PWM FROM MICROCONTROLLER Figure 4. VSET Adjustment Methods MAX846A MAX846A 20k ISET 0 ISET DAC 20k 10k 10k 100% µC PWM OUTPUT 20k n WITH VOLTAGE OUTPUT DAC WITH PWM FROM MICROCONTROLLER Figure 5. ISET Adjustment Methods OPTO-COUPLER FEEDBACK AC/DC CONVERTER MAX846 MICRO CONTROLLER Figure 6. Low-Cost Desktop Multichemistry Charger Concept ______________________________________________________________________________________ 11 MAX846A Cost-Saving Multichemistry Battery-Charger System ___________________Chip Topography VL DCIN DRV PGND CS- CCI CS+ GND 0.105" (2.67mm) BATT CCV VSET ON ISET OFFV PWROK CELL2 0.085" (2.165mm) SUBSTRATE CONNECTED TO GND TRANSISTOR COUNT: 349 Maxim cannot assume responsibility for use of any circuitry other than circuitry entirely embodied in a Maxim product. No circuit patent licenses are implied. Maxim reserves the right to change the circuitry and specifications without notice at any time. 12 __________________Maxim Integrated Products, 120 San Gabriel Drive, Sunnyvale, CA 94086 (408) 737-7600 © 1996 Maxim Integrated Products Printed USA is a registered trademark of Maxim Integrated Products. 19-1154; Rev 0; 10/96 MAX846A Evaluation Kit The MAX846A evaluation kit (EV kit) is a stand-alone charger for lithium-ion (Li-Ion) batteries. The charging regulator consists of voltage and current loops driving an external, low-cost, PNP pass transistor. In voltageregulation mode, a current-to-voltage converter supplies a voltage proportional to the current flowing through the Li-Ion battery. The float voltage and charging current can be programmed with just two external resistors. The MAX846A EV kit is shipped configured for charging two Li-Ion cells at 800mA from a 10V power source. The MAX846A EV kit is a fully assembled and tested surface-mount printed circuit board. ____________________________Features ♦ 0.5% Internal Reference for Li-Ion Charging ♦ Regulates Voltage and Current into Battery ♦ Selectable 1 or 2-Cell Li-Ion Charge ♦ 1%, 3.3V, On-Chip, Low-Dropout Linear Regulator ♦ 1µA Max Battery Drain when Off ♦ Power-Good Function ♦ Surface-Mount Components ♦ Fully Assembled and Tested ____________________Component List DESIGNATION QTY DESCRIPTION C1 1 22µF, 35V electrolytic capacitor Sanyo 35CV22GX C2 1 0.1µF ceramic capacitors C3 1 4.7µF, 16V tantalum capacitor Sprague 595D475X0016A2B C4, C5, C6 3 0.01µF ceramic capacitors C7 1 4.7µF, 35V electrolytic capacitor Sanyo 35CV4.7GX D1 1 1A, 100V fast-recovery diode Nihon EC10DS1 Q1 1 PNP power transistor (SOT-223) Zetex FZT749 R1, R6 2 0.400Ω, 1%, 1/2W resistors Dale WSL-2010-R400-F or IRC LR2010-01-R400-F R2 1 680Ω, 5% resistor R3 1 10kΩ, 5% resistor R4 1 100kΩ, 5% resistor R5 1 825kΩ, 1% resistor U1 1 Maxim MAX846AEEE J1 1 PC mount jack RDI Electronics DJ-005 J2 1 2-pin term connector JU1–JU4 4 3-pin headers JU5 1 2-pin header None 0 6.0V at 800mA AC adapter (1 cell) James Electronics 14311 (not supplied) 9V at 830mA AC adapter (2 cells) James Electronics 14323 (not supplied) None 4 Shunts None 1 MAX846A PC board ______________Ordering Information PART MAX846EVKIT TEMP. RANGE 0°C to +70°C BOARD TYPE Surface Mount ______________Component Suppliers SUPPLIER AVX Dale-Vishay IRC James Electronics Motorola Nichicon Nihon Sanyo Sprague RDI Electronics Vishay/Vitramon Zetex PHONE (803) 946-0690 (800) 282-4975 (402) 564-3131 (512) 992-7900 (312) 463-6500 (602) 303-5454 (847) 843-7500 (805) 867-2555 (619) 661-6835 (603) 224-1961 (914) 773-1000 (203) 268-6261 (516) 543-7100 FAX (803) 626-3123 (402) 563-6418 (512) 992-3377 (312) 463-1504 (602) 994-6430 (847) 843-2798 (805) 867-2698 (619) 661-1055 (603) 224-1430 (914) 773-1111 (203) 452-5670 (516) 864-7630 ________________________________________________________________ Maxim Integrated Products 1 For free samples & the latest literature: http://www.maxim-ic.com, or phone 1-800-998-8800 Evaluates: MAX846A _______________General Description Evaluates: MAX846A MAX846A Evaluation Kit _________________________Quick Start The MAX846A Evaluation Kit (EV kit) is fully assembled and tested. Follow these steps to verify board operation. Do not turn on the power supply until all connections are completed. 1) Place the shunt across JU2’s pins to set the number of cells being charged in the battery pack. The EV kit is shipped configured for two lithium-ion (Li-Ion) cells (shunt across pins 1 and 2). 2) Set the charging current with R1 and R6. The charge current is preset for 800mA (R1 = R6 = 400mΩ). For 400mA charge current, remove R6. Consult the battery manufacturer for recommended charging currents. 3) Connect the battery pack to the two-pin power connector J2. Observe the polarity markings. 4) Connect the external supply voltage to the VIN and GND pads. For charging one cell, use a 6V supply; for 2 cells, use a 10V supply. 5) Turn on the power supply to the board and confirm the voltage across the battery using a voltmeter. Jumper Selection The three-pin header JU1 selects shutdown mode. Table 2 lists the selectable jumper options. Table 2. Jumper JU1 Functions SHUNT LOCATION MAX846A OUTPUT ON PIN 1&2 Connected to PWROK 2&3 Connected to GND Enabled The three-pin header JU3 disables the voltage-regulation loop. Table 3 lists the selectable jumper options. The MAX846A EV kit is shipped configured for two Li-Ion cells with the voltage-regulation loop enabled. Table 3. Jumper JU3 Functions SHUNT LOCATION CHARGER STATUS OFFV PIN 1&2 Connected to VL Voltage loop disabled 2&3 Connected to GND Voltage loop enabled _______________Detailed Description The MAX846A EV kit is a stand-alone charger for Li-Ion batteries. The charging regulator consists of voltage and current loops driving an external, low-cost, PNP pass transistor (Q1). The MAX846A requires an input 1V greater than the maximum charging voltage. Higher input voltages and charging currents can be used as long as Q1’s power dissipation does not exceed 2W. (At 2W, Q1 may exceed +70°C). For higher power dissipation and cooler operation, replace Q1 with a TO220 transistor (TIP42) and heatsink in holes provided. Selecting the Number of Li-Ion Cells Jumper JU2 selects the number of battery-pack cells. Place the shunt across JU2’s pins to select the desired number of cells (Table 1). The MAX846A EV kit is shipped configured for two cells. Table 1. Jumper JU2 Functions SHUNT LOCATION 2 CELL2 PIN NUMBER OF CELLS 1&2 Connected to VL 2 2&3 Connected to GND 1 Shutdown mode, IBATT < 1µA The three-pin header JU4 selects the float-voltage reference. An 825kΩ, 1% resistor is provided for adjusting the float voltage. Table 4 lists the selectable jumper options. The MAX846A EV kit is shipped configured for two Li-Ion cells with the default float voltage reference at 8.4V. Table 4. Jumper JU4 Functions SHUNT LOCATION FLOAT VOLTAGE VSET PIN 1&2 Connected to VL Adjust up 2&3 Connected to GND Adjust down Open Floating 8.4V for 2 Li-Ion cells, 4.2V for 1 Li-Ion cell The two-pin header JU5 enables adjustment of the current-regulation point. When shorted, a 10kΩ, 5% resistor (R3) connects the ISET pin to GND, and the charging current is determined by R1 and R6. During float charge, the charging current can be monitored at the ISET pin. When open, an external voltage source must be connected between ICNTRL and GND to adjust the charging current. Refer to the Detailed Description in the MAX846A data sheet for more information. _______________________________________________________________________________________ MAX846A Evaluation Kit C6 0.01µF D1 EC10DS10 R1 0.4Ω J1-1 R2 680Ω VIN C1 22µF 35V 13 J1-2 1 GND C2 0.1µF 14 CSCS+ DRV JU4 VL C3 4.7µF 16V 3 MAX846A CCI PGND JU2 2 VL J2-2 BAT- ON 1 3 BATTERY 15 R4 100k PWROK 10 BAT+ VL VL 3 J2-1 12 C5 0.01µF 11 3 C7 4.7µF 35V 5 CCV 1 VSET R5 825k 1% BATT C4 0.01µF 1 2 VSET U1 2 CELL2 VL 6 VL JU1 2 16 DCIN VL ON/OFF Evaluates: MAX846A Q1 FZT749 R6 0.4Ω ISET CELL2 GND 4 OFFV 9 PWROK 7 ISET R3 10k 8 ICNTRL OFFV JU3 2 1 JU5 3 Figure 1. MAX846A EV Kit Schematic _______________________________________________________________________________________ 3 Evaluates: MAX846A MAX846A Evaluation Kit Figure 2. MAX846A EV Kit Component Placement Guide Figure 3. MAX846A EV Kit PC Board Layout—Component Side Figure 4. MAX846A EV Kit PC Board Layout—Solder Side Maxim cannot assume responsibility for use of any circuitry other than circuitry entirely embodied in a Maxim product. No circuit patent licenses are implied. Maxim reserves the right to change the circuitry and specifications without notice at any time. 4 ___________________Maxim Integrated Products, 120 San Gabriel Drive, Sunnyvale, CA 94086 (408) 737-7600 © 1996 Maxim Integrated Products Printed USA is a registered trademark of Maxim Integrated Products.