充電電路分析

1、OZ954 Smart Battery Charger Controller DescriptionPIN CONFIGURATION（接腳（接腳定義）定義）IACMCOMPGCHICHPTOFFGNDASMBDIMAXBBMHDRGNDDVINGACIACPVFBICHMVREFCHGSTVDDSMBCTHMACAVLDRVMAXOZ954122413接腳定義輸入/輸出類型1GAC出模擬2IACM入模擬3IACP入模擬4COMP出模擬5VFB入模擬6GCH出模擬7ICHM入模擬8ICHP入模擬9VREF出模擬10TOFF出數(shù)位11CHGST出TTL同步電流偵測(cè)自動(dòng)校正訊號(hào)充電電流狀態(tài)信號(hào)輸出

2、,當(dāng)充電輸出電流大于額定值的200MA,那么輸出為高充電電流偵測(cè)放大輸出端充電電流偵測(cè)放大輸出之反向輸入端充電電流偵測(cè)放大直接輸入內(nèi)部電壓參考輸出端,輸出電壓為基準(zhǔn)的2.5VADAPTER電 流輸 出珍 測(cè)錯(cuò) 誤放 大端 輸入錯(cuò)誤放大輸出，外接電容進(jìn)行補(bǔ)償電池電壓反饋給充電器輸出電壓調(diào)節(jié)和欠壓保護(hù).分為10個(gè)反饋等級(jí)功能簡介ADAPTER電流輸出珍測(cè)錯(cuò)誤放大端輸出ADAPTER電 流輸 出珍 測(cè)錯(cuò) 誤放 大端 輸出 之反 向輸 入端PIN CONFIGURATION（接腳（接腳定義）定義）接腳定義輸入/輸出類型12GNDA13VIN入模擬14VMAX入模擬15GNDD16LDR出模擬17HDR

3、出模擬18ACAV出TTL19BBM入模擬20THM入模擬21IMAX入TTL22SMBC入TTL23SMBD出/入TTLSMBUS總線時(shí)鐘輸入SMBUS 數(shù)據(jù)入/出AC 有效偵測(cè)輸入電池電熱調(diào)節(jié)輸入外接15K上拉電阻到VDD最大充電電流嵌位最大電池電壓嵌位,由電阻調(diào)節(jié)器確定.數(shù)位地輸出驅(qū)動(dòng)LOWER POWER MOSFET輸出驅(qū)動(dòng)UPPER POWER MOSFETANALOG 地AC電源電壓偵測(cè)輸入,分為10個(gè)等級(jí)功能簡介FEATURES(特性陳述特性陳述):移除移除ADAPTER OZ954將自動(dòng)關(guān)斷充電電路將自動(dòng)關(guān)斷充電電路內(nèi)建內(nèi)建BREAK-BEFORE-MAKE 門驅(qū)動(dòng)電路門驅(qū)動(dòng)

4、電路內(nèi)建內(nèi)建WAKE-UP充電功能充電功能內(nèi)建電池電壓和溫度內(nèi)建電池電壓和溫度A/D轉(zhuǎn)換電路支持非轉(zhuǎn)換電路支持非SBS電池充電電池充電2.GENERAL DESCRIPTION(一般功能描述一般功能描述):OZ954是一個(gè)是一個(gè)SMART BATTERY SYSTEM(SBS)靈敏電池充電系統(tǒng)的靈敏電池充電系統(tǒng)的LEVEL 2 二極充二極充電器電器,它支持對(duì)筆記本電腦用之各種電池充電它支持對(duì)筆記本電腦用之各種電池充電.Z0945同樣可以單獨(dú)同同樣可以單獨(dú)同SMART BATTERY通信通信,如果系統(tǒng)進(jìn)入如果系統(tǒng)進(jìn)入SUSPEND的狀態(tài)不會(huì)影響的狀態(tài)不會(huì)影響ZO954對(duì)電池充電對(duì)電池充電. OZ

5、954內(nèi)部程式化可由內(nèi)部程式化可由SMBUS匯流排控制恒流匯流排控制恒流(CONSTANT-CURRENT)&恒壓恒壓(CONSTANT -VOLTAGE)二種模式對(duì)電池進(jìn)行充電二種模式對(duì)電池進(jìn)行充電.另外另外OZ954運(yùn)用了二個(gè)高端電流偵運(yùn)用了二個(gè)高端電流偵測(cè)器測(cè)器,一個(gè)偵測(cè)一個(gè)偵測(cè)AC POWER的電流的電流,內(nèi)外一個(gè)偵測(cè)充電電流內(nèi)外一個(gè)偵測(cè)充電電流.這倆個(gè)電流偵測(cè)放大器這倆個(gè)電流偵測(cè)放大器 具有全具有全自動(dòng)校正功能自動(dòng)校正功能,當(dāng)電腦系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)當(dāng)電腦系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí),OZ954會(huì)同步動(dòng)態(tài)調(diào)整剩余的會(huì)同步動(dòng)態(tài)調(diào)整剩余的AC-ADAPTER電流進(jìn)電流進(jìn)行充電從而達(dá)到最大充電效能行充電從

6、而達(dá)到最大充電效能. OZ954同步驅(qū)動(dòng)和調(diào)整一對(duì)外接功率同步驅(qū)動(dòng)和調(diào)整一對(duì)外接功率MOS管管,可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)95%的功率轉(zhuǎn)換效率的功率轉(zhuǎn)換效率.內(nèi)部一內(nèi)部一個(gè)個(gè)210KHZ的振蕩源提供的振蕩源提供OZ954基本的工作時(shí)鐘基本的工作時(shí)鐘,并且支持高頻率關(guān)斷下的并且支持高頻率關(guān)斷下的100%的有效的有效占空比占空比.OZ954支持一個(gè)高達(dá)支持一個(gè)高達(dá)4A充電電流的快充電模式充電電流的快充電模式. 典型充電系統(tǒng)電路典型充電系統(tǒng)電路內(nèi)建電壓內(nèi)建電壓DAC(數(shù)數(shù)/模模 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器)提供持續(xù)可調(diào)精度為小于提供持續(xù)可調(diào)精度為小于1%的恒壓操作模式的恒壓操作模式,這這個(gè)獨(dú)特的功能確保向電池提供一

7、個(gè)高精度的充電電壓個(gè)獨(dú)特的功能確保向電池提供一個(gè)高精度的充電電壓.特別有益于特別有益于LI電池的充電電池的充電.OZ954提供一個(gè)符合提供一個(gè)符合SBS CHARGER規(guī)格充電模式規(guī)格充電模式.自動(dòng)從自動(dòng)從WAKE-UP(慢充模慢充模式式),FAST(快充模式快充模式)到到TOP-OFF(截止模式截止模式)的完整充電過程的完整充電過程.同時(shí)同時(shí),OZ954一直一直會(huì)偵測(cè)電池溫度會(huì)偵測(cè)電池溫度,充電電壓充電電壓,電流并開啟電流并開啟SMBUS通信通信.同時(shí)針對(duì)同時(shí)針對(duì)ADAPTER 過壓過壓,欠壓欠壓.電池過壓電池過壓,高溫高溫,短路提供保護(hù)短路提供保護(hù).另外另外,ZO954內(nèi)建一個(gè)內(nèi)建一個(gè)8B

8、IT A/D(數(shù)數(shù)/模模)轉(zhuǎn)換和一個(gè)電池電壓轉(zhuǎn)換和一個(gè)電池電壓,溫度數(shù)據(jù)處理的溫度數(shù)據(jù)處理的多功器多功器.在在ZO954中中,系統(tǒng)通過系統(tǒng)通過SMBUS可以直接讀取電池電壓可以直接讀取電池電壓,溫度的數(shù)據(jù)溫度的數(shù)據(jù).3.FUNTIONAL DESCRIPTION 功能簡述功能簡述:VIND2VMILQ11.BUCK CONVERTER TOPOLOGY 瞬間充電電流的轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)瞬間充電電流的轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì) 大部分大電流充電器都是基于大部分大電流充電器都是基于PWM(PULSE-WIDTH-MODULATED)脈寬脈寬調(diào)制動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)調(diào)制動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)設(shè)計(jì),稱為逐步調(diào)解器稱為逐步調(diào)解器,提供高效率提供高效率,

9、低損耗的電氣性能低損耗的電氣性能.L0C0RLVGV0持續(xù)工作模式持續(xù)工作模式:從圖可以看出此電路為從圖可以看出此電路為PWM降壓電路降壓電路,Q1是是P溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS管管,D2位續(xù)流二極管位續(xù)流二極管.在一個(gè)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)在一個(gè)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)(控制控制)模式模式.輸出電壓可由輸出電壓可由下列方程得到下列方程得到:V0=VIN.D D=TD/(TD+TD)D表示有效占空比表示有效占空比,是指一個(gè)周期內(nèi)是指一個(gè)周期內(nèi)Q1開啟時(shí)間開啟時(shí)間TD和整個(gè)周期和整個(gè)周期TD+TD之之比值比值.Q1開啟時(shí)開啟時(shí),經(jīng)過經(jīng)過L0 電流電流IL有一個(gè)有一個(gè)(VIN-V0)/L0的上升斜率的上升斜率,關(guān)閉時(shí)有一關(guān)閉

10、時(shí)有一個(gè)個(gè)-V0/L0的下降過程的下降過程.如果負(fù)載電流如果負(fù)載電流偏低偏低,調(diào)節(jié)系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入自動(dòng)調(diào)整脈寬的調(diào)節(jié)系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入自動(dòng)調(diào)整脈寬的過程過程.連續(xù)工作模式連續(xù)工作模式間斷工作模式間斷工作模式注意注意,當(dāng)當(dāng)Q1關(guān)閉后關(guān)閉后,感應(yīng)電流感應(yīng)電流IL下降到零直下降到零直到下個(gè)周期到下個(gè)周期Q1再次開啟后再次開啟后,Q1的關(guān)閉時(shí)間的關(guān)閉時(shí)間分為倆個(gè)部分分為倆個(gè)部分,TD感應(yīng)電流斜率下降的時(shí)感應(yīng)電流斜率下降的時(shí)間間.TD”感應(yīng)電流為零的時(shí)間感應(yīng)電流為零的時(shí)間.2. 同步校正功能同步校正功能:VINVMQ1C0RLVGD2ILL0V0Q2假設(shè)電池充電器具有動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)功能假設(shè)電池充電器具有動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)功能(PWM

11、),又假設(shè)又假設(shè)ADAPTER電壓是電壓是20V,對(duì)一個(gè)低電壓對(duì)一個(gè)低電壓電池充電電池充電,比如比如7.5V,那么充電有效占空比為那么充電有效占空比為7.5/20=0.375 那么意味著續(xù)流二極管那么意味著續(xù)流二極管D2的功耗是的功耗是: 4.0A *0.5V *0.625=1.25W這這1.25W的功耗可以使一個(gè)典型的的功耗可以使一個(gè)典型的SMD肖特極二極管溫度上升到肖特極二極管溫度上升到125攝氏度攝氏度,又假設(shè)又假設(shè)QJA是是100 C/W那么這么高的溫升將限制支持快速充電模式。那么這么高的溫升將限制支持快速充電模式。通常的解決辦法是用同步校正通常的解決辦法是用同步校正MOSFET與與D

12、2并聯(lián)并聯(lián),假設(shè)是一個(gè)假設(shè)是一個(gè)N溝道溝道MOSFET那么飽和那么飽和導(dǎo)通時(shí)的導(dǎo)通時(shí)的RDS(ON)那么功耗為那么功耗為: 0.02*(4.0) *0.625=0.20W2可知可知,功耗損失降低功耗損失降低84%.不過增加這個(gè)不過增加這個(gè)M0SFET調(diào)節(jié)器后調(diào)節(jié)器后.一定要在連續(xù)運(yùn)行機(jī)制模一定要在連續(xù)運(yùn)行機(jī)制模式式.3. DUAL HIGH-SIDE CURRENT SENSING (雙重高端電流感應(yīng)雙重高端電流感應(yīng))D2L0Q1DC/DC CONVERTERISYSQ2RCHICH2VBATTIADICH1ADAPTERRAD如圖所示為典型的單電池充電系統(tǒng)如圖所示為典型的單電池充電系統(tǒng),AD

13、APTER經(jīng)過經(jīng)過D/D轉(zhuǎn)換提供系統(tǒng)電流轉(zhuǎn)換提供系統(tǒng)電流ISYS.它也向電池提供充電電流它也向電池提供充電電流ICH1,它可以提供盡可能快的充電性能它可以提供盡可能快的充電性能,無論電無論電腦系統(tǒng)是否在使用腦系統(tǒng)是否在使用,當(dāng)然一個(gè)當(dāng)然一個(gè)ADAPTER 有它的功率最大輸出值有它的功率最大輸出值,所以它不可能同時(shí)全力的供應(yīng)系統(tǒng)工作所以它不可能同時(shí)全力的供應(yīng)系統(tǒng)工作和充電和充電.OZ954應(yīng)用一個(gè)高端電流感應(yīng)器應(yīng)用一個(gè)高端電流感應(yīng)器,偵測(cè)偵測(cè)ADAPTER輸出電流是否達(dá)到輸出電流是否達(dá)到它的極限它的極限,如果有剩余則對(duì)電池充電如果有剩余則對(duì)電池充電,通過動(dòng)態(tài)調(diào)解達(dá)到最大充電效率通過動(dòng)態(tài)調(diào)解達(dá)到最

14、大充電效率.另一個(gè)用于偵測(cè)充電電流的大小以確保充電符合條件另一個(gè)用于偵測(cè)充電電流的大小以確保充電符合條件,諸如電池電路短路諸如電池電路短路.同同時(shí)時(shí)OZ954會(huì)限制充電電流的大小不能超過額定電流的會(huì)限制充電電流的大小不能超過額定電流的125%.值得注意的是這些精確電流輸入源值得注意的是這些精確電流輸入源,是直接通過偵測(cè)精確偵測(cè)電阻是直接通過偵測(cè)精確偵測(cè)電阻(外接外接)兩端兩端電壓來獲得的電壓來獲得的.典型充電模式典型充電模式Q1L0VINIACPIACMHDR LDRICHP ICHMVFBCHGSTOZ954ADAPTERSMART BATTERYSMBCSMBDTHMISYSRADRCH充

15、電電流偵測(cè)充電電流偵測(cè)ADAPTER 輸輸出電流偵測(cè)出電流偵測(cè)通常通常 ,一個(gè)高端電流偵測(cè)電路是由一個(gè)精密電阻及一個(gè)電阻分壓網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一個(gè)高端電流偵測(cè)電路是由一個(gè)精密電阻及一個(gè)電阻分壓網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成,這樣一這樣一個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以提供很大的電壓范圍個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以提供很大的電壓范圍(2.04.0)給電流放大器的輸入端給電流放大器的輸入端.另外另外OZ954內(nèi)置一個(gè)置零電路內(nèi)置一個(gè)置零電路,它有效補(bǔ)償電流偵測(cè)放大器的電壓偏移量它有效補(bǔ)償電流偵測(cè)放大器的電壓偏移量.4. CURRENT-SENSE AMPLIFIER DESIGN( 電流偵測(cè)錯(cuò)電流偵測(cè)錯(cuò)誤放大設(shè)計(jì)誤放大設(shè)計(jì))VSENICVN1VN2AUTO-ZERO

16、CIRCUITVOLTAGE DIVIDER BRIDGEIAIBRPRPHIGH-SIDE CURRENT SENSE CIRCUITRSEN5V5VRP的選擇范圍為的選擇范圍為360K到到1M +1%的的精度精度R的電阻的電阻100K歐或歐或-30攝氏攝氏讀讀.)充電器不進(jìn)行充電充電器不進(jìn)行充電,這個(gè)這個(gè)OVER-RANGE也可用于電池存在的偵測(cè)也可用于電池存在的偵測(cè),當(dāng)電池沒當(dāng)電池沒有接上或它的溫度感應(yīng)器開路了有接上或它的溫度感應(yīng)器開路了.OZ954偵測(cè)到溫度感應(yīng)器為高電阻偵測(cè)到溫度感應(yīng)器為高電阻,它不回供它不回供應(yīng)電流應(yīng)電流.SMART BATTERY 充電器規(guī)格也定義了一種充電器規(guī)格

17、也定義了一種UNDER RANGE 欠范圍欠范圍(THERM_UR,低于低于1K歐歐),OZ954會(huì)提供一個(gè)典型的會(huì)提供一個(gè)典型的45分鐘分鐘,電流為電流為256MA WAKE-UP(喚醒喚醒)充電電流充電電流, 在這充電其間在這充電其間OZ954會(huì)響應(yīng)任何的充電要求會(huì)響應(yīng)任何的充電要求.如果如果在在45分鐘的分鐘的WAKE UP之后沒有其他的充電要求之后沒有其他的充電要求,充電電流將被關(guān)斷充電電流將被關(guān)斷.每一個(gè)每一個(gè)SBS SMBUS的標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn).LILON電池以一個(gè)低電阻值電池以一個(gè)低電阻值(比如比如 100歐歐)THERMISTOR用于偵測(cè)以區(qū)別用于偵測(cè)以區(qū)別NIMH電池電池(通常是通

18、常是10K歐歐).另外另外0Z954需要一個(gè)需要一個(gè)15K的上拉電阻接到的上拉電阻接到+5去偵測(cè)精確的溫度感應(yīng)器的阻值去偵測(cè)精確的溫度感應(yīng)器的阻值,那么他是通過那么他是通過THM PIN19偵測(cè)的偵測(cè)的. 4.371V 對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng) 100K 的溫度感應(yīng)器的溫度感應(yīng)器 3.365V 對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng) 30K的溫度感應(yīng)器的溫度感應(yīng)器 0.850V 對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng) 3K 的溫度感應(yīng)器的溫度感應(yīng)器 0.314V 對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng) 1K 的溫度感應(yīng)器的溫度感應(yīng)器11. WAKE-UP (喚醒充電喚醒充電)SMART BATTERY 充電器規(guī)格在某些條件下對(duì)充電器規(guī)格在某些條件下對(duì)SMART BATTERY進(jìn)行一個(gè)進(jìn)行一個(gè)WAK

19、E-UP充電充電,從前面我們可以知道從前面我們可以知道,當(dāng)偵測(cè)感應(yīng)電偶在當(dāng)偵測(cè)感應(yīng)電偶在COLD和和UNDER范圍范圍內(nèi)內(nèi),OZ954被設(shè)置成支持一個(gè)被設(shè)置成支持一個(gè)45分鐘的分鐘的WAKE-UP充電模式充電模式,值得注意的是值得注意的是WAKE-UP充電模式是一個(gè)充電模式是一個(gè)10V電壓電壓,256MA的充電模式的充電模式.如果電池電壓高于如果電池電壓高于10V,ZO954將不會(huì)支持將不會(huì)支持WAKE-UP的充電模式的充電模式.12. INTERNAL A/D CONVERTER (內(nèi)部模內(nèi)部模/數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)轉(zhuǎn)換器)OZ954內(nèi)部有一個(gè)內(nèi)部有一個(gè)8 BIT A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器,系統(tǒng)可以通過系統(tǒng)可以通過SMBUS總線自由的讀取數(shù)據(jù)暫總線自由的