《充电电路分析》PPT课件.ppt

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1、OZ954 Smart Battery Charger Controller DescriptionPIN CONFIGURATION（接脚（接脚定义）定义）IACMCOMPGCHICHPTOFFGNDASMBDIMAXBBMHDRGNDDVINGACIACPVFBICHMVREFCHGSTVDDSMBCTHMACAVLDRVMAXOZ954122413PIN CONFIGURATION（接脚（接脚定义）定义）FEATURES(特性陈述特性陈述):移除移除ADAPTER OZ954将自动关断充电电路将自动关断充电电路内建内建BREAK-BEFORE-MAKE 门驱动电路门驱动电路内建内建WAK

2、E-UP充电功能充电功能内建电池电压和温度内建电池电压和温度A/D转换电路支持非转换电路支持非SBS电池充电电池充电2.GENERAL DESCRIPTION(一般功能描述一般功能描述):OZ954是一个是一个SMART BATTERY SYSTEM(SBS)灵敏电池充电系统的灵敏电池充电系统的LEVEL 2 二极充二极充电器电器,它支持对笔记本电脑用之各种电池充电它支持对笔记本电脑用之各种电池充电.Z0945同样可以单独同同样可以单独同SMART BATTERY通通信信,如果系统进入如果系统进入SUSPEND的状态不会影响的状态不会影响ZO954对电池充电对电池充电.OZ954内部程式化可由

3、内部程式化可由SMBUS汇流排控制恒流汇流排控制恒流(CONSTANT-CURRENT)&恒压恒压(CONSTANT -VOLTAGE)二种模式对电池进行充电二种模式对电池进行充电.另外另外OZ954运用了二个高端电流侦测器运用了二个高端电流侦测器,一个侦测一个侦测AC POWER的电流的电流,内外一个侦测充电电流内外一个侦测充电电流.这倆个电流侦测放大器这倆个电流侦测放大器 具有全自动校正功能具有全自动校正功能,当电脑系统在运行时当电脑系统在运行时,OZ954会同步动态调整剩余的会同步动态调整剩余的AC-ADAPTER电流进行充电从而达到电流进行充电从而达到最大充电效能最大充电效能.OZ95

4、4同步驱动和调整一对外接功率同步驱动和调整一对外接功率MOS管管,可以实现高达可以实现高达95%的功率转换效率的功率转换效率.内部一内部一个个210KHZ的振荡源提供的振荡源提供OZ954基本的工作时钟基本的工作时钟,并且支持高频率关断下的并且支持高频率关断下的100%的有效的有效占空比占空比.OZ954支持一个高达支持一个高达4A充电电流的快充电模式充电电流的快充电模式.典型充电系统电路典型充电系统电路内建电压内建电压DAC(数数/模模 转换器转换器)提供持续可调精度为小于提供持续可调精度为小于1%的恒压操作模式的恒压操作模式,这这个独特的功能确保向电池提供一个高精度的充电电压个独特的功能确

5、保向电池提供一个高精度的充电电压.特别有益于特别有益于LI电池的充电电池的充电.OZ954提供一个符合提供一个符合SBS CHARGER规格充电模式规格充电模式.自动从自动从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)的完整充电过程的完整充电过程.同时同时,OZ954一直一直会侦测电池温度会侦测电池温度,充电电压充电电压,电流并开启电流并开启SMBUS通信通信.同时针对同时针对ADAPTER 过压过压,欠压欠压.电池过压电池过压,高温高温,短路提供保护短路提供保护.另外另外,ZO954内建一个内建一个8BIT A/D(数数/模模)转换和

6、一个电池电压转换和一个电池电压,温度数据处理的温度数据处理的多功器多功器.在在ZO954中中,系统通过系统通过SMBUS可以直接读取电池电压可以直接读取电池电压,温度的数据温度的数据.3.FUNTIONAL DESCRIPTION 功能简述功能简述:VIND2VMILQ11.BUCK CONVERTER TOPOLOGY 瞬间充电电流的转换设计瞬间充电电流的转换设计 大部分大电流充电器都是基于大部分大电流充电器都是基于PWM(PULSE-WIDTH-MODULATED)脉宽脉宽调制动态调节设计调制动态调节设计,称为逐步调解器称为逐步调解器,提供高效率提供高效率,低损耗的电气性能低损耗的电气性能

7、.L0C0RLVGV0持续工作模式持续工作模式:从图可以看出此电路为从图可以看出此电路为PWM降压电路降压电路,Q1是是P沟道增强型沟道增强型MOS管管,D2位续流二极管位续流二极管.在一个动态调节在一个动态调节(控制控制)模式模式.输出电压可由输出电压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,是指一个周期内是指一个周期内Q1开启时间开启时间TD和整个周期和整个周期TD+TD之之比值比值.Q1开启时开启时,经过经过L0 电流电流IL有一个有一个(VIN-V0)/L0的上升斜率的上升斜率,关闭时有一关闭时有一个个-V0/L0的下降过程

8、的下降过程.如果负载电流如果负载电流偏低偏低,调节系统会进入自动调整脉宽的调节系统会进入自动调整脉宽的过程过程.连续工作模式连续工作模式间断工作模式间断工作模式注意注意,当当Q1关闭后关闭后,感应电流感应电流IL下降到零直下降到零直到下个周期到下个周期Q1再次开启后再次开启后,Q1的关闭时间的关闭时间分为俩个部分分为俩个部分,TD感应电流斜率下降的时感应电流斜率下降的时间间.TD”感应电流为零的时间感应电流为零的时间.2.同步校正功能同步校正功能:VINVMQ1C0RLVGD2ILL0V0Q2假设电池充电器具有动态调节功能假设电池充电器具有动态调节功能(PWM),又假设又假设ADAPTER电压

9、是电压是20V,对一个低电压电对一个低电压电池充电池充电,比如比如7.5V,那么充电有效占空比为那么充电有效占空比为7.5/20=0.375 那么意味着续流二极管那么意味着续流二极管D2的的功耗是功耗是:4.0A*0.5V*0.625=1.25W这这1.25W的功耗可以使一个典型的的功耗可以使一个典型的SMD肖特极二极管温度上升到肖特极二极管温度上升到125摄氏度摄氏度,又假设又假设QJA是是100 C/W那么这么高的温升将限制支持快速充电模式。那么这么高的温升将限制支持快速充电模式。通常的解决办法是用同步校正通常的解决办法是用同步校正MOSFET与与D2并联并联,假设是一个假设是一个N沟道沟

10、道MOSFET那么饱和那么饱和导通时的导通时的RDS(ON)那么功耗为那么功耗为:0.02*(4.0)*0.625=0.20W2可知可知,功耗损失降低功耗损失降低84%.不过增加这个不过增加这个M0SFET调节器后调节器后.一定要在连续运行机制模一定要在连续运行机制模式式.3.DUAL HIGH-SIDE CURRENT SENSING(双重高端电流感应双重高端电流感应)D2L0Q1DC/DC CONVERTERISYSQ2RCHICH2VBATTIADICH1ADAPTERRAD如图所示为典型的单电池充电系统如图所示为典型的单电池充电系统,ADAPTER经过经过D/D转换提供系统电流转换提供

11、系统电流ISYS.它也向电池提供充电电流它也向电池提供充电电流ICH1,它可以提供尽可能快的充电性能它可以提供尽可能快的充电性能,无论电脑系无论电脑系统是否在使用统是否在使用,当然一个当然一个ADAPTER 有它的功率最大输出值有它的功率最大输出值,所以它不可能同时全力的供应系统工作所以它不可能同时全力的供应系统工作和充电和充电.OZ954应用一个高端电流感应器应用一个高端电流感应器,侦测侦测ADAPTER输出电流是否达到它输出电流是否达到它的极限的极限,如果有剩余则对电池充电如果有剩余则对电池充电,通过动态调解达到最大充电效率通过动态调解达到最大充电效率.另一个用于侦测充电电流的大小以确保充

12、电符合条件另一个用于侦测充电电流的大小以确保充电符合条件,诸如电池电路短路诸如电池电路短路.同同时时OZ954会限制充电电流的大小不能超过额定电流的会限制充电电流的大小不能超过额定电流的125%.值得注意的是这些精确电流输入源值得注意的是这些精确电流输入源,是直接通过侦测精确侦测电阻是直接通过侦测精确侦测电阻(外接外接)两端两端电压来获得的电压来获得的.典型充电模式典型充电模式Q1L0VINIACPIACMHDR LDRICHP ICHMVFBCHGSTOZ954ADAPTERSMART BATTERYSMBCSMBDTHMISYSRADRCH充电电流侦测充电电流侦测ADAPTER 输输出电流

13、侦测出电流侦测通常通常,一个高端电流侦测电路是由一个精密电阻及一个电阻分压网络构成一个高端电流侦测电路是由一个精密电阻及一个电阻分压网络构成,这样一这样一个网络可以提供很大的电压范围个网络可以提供很大的电压范围(2.04.0)给电流放大器的输入端给电流放大器的输入端.另外另外OZ954内内置一个置零电路置一个置零电路,它有效补偿电流侦测放大器的电压偏移量它有效补偿电流侦测放大器的电压偏移量.4.CURRENT-SENSE AMPLIFIER DESIGN(电流侦测错电流侦测错误放大设计误放大设计)VSENICVN1VN2AUTO-ZERO CIRCUITVOLTAGE DIVIDER BRID

14、GEIAIBRPRPHIGH-SIDE CURRENT SENSE CIRCUITRSEN5V5V(1)RP的选择范围为的选择范围为360K到到1M+1%的的精度精度(2)R的电阻的电阻100K欧或欧或-30摄氏读摄氏读.)充充电器不进行充电电器不进行充电,这个这个OVER-RANGE也可用于电池存在的侦测也可用于电池存在的侦测,当电池没有接当电池没有接上或它的温度感应器开路了上或它的温度感应器开路了.OZ954侦测到温度感应器为高电阻侦测到温度感应器为高电阻,它不回供应电流它不回供应电流.(4)SMART BATTERY 充电器规格也定义了一种充电器规格也定义了一种UNDER RANGE 欠

15、范围欠范围(THERM_UR,低于低于1K欧欧),OZ954会提供一个典型的会提供一个典型的45分钟分钟,电流为电流为256MA WAKE-UP(唤醒唤醒)充电电流充电电流,在这充电其间在这充电其间OZ954会响应任何的充电要求会响应任何的充电要求.如果如果在在45分钟的分钟的WAKE UP之后没有其他的充电要求之后没有其他的充电要求,充电电流将被关断充电电流将被关断.(5)每一个每一个SBS SMBUS的标准的标准.LILON电池以一个低电阻值电池以一个低电阻值(比如比如 100欧欧)THERMISTOR用于侦测以区别用于侦测以区别NIMH电池电池(通常是通常是10K欧欧).(6)另外另外0

16、Z954需要一个需要一个15K的上拉电阻接到的上拉电阻接到+5去侦测精确的温度感应器的阻值去侦测精确的温度感应器的阻值,那么他是通过那么他是通过THM PIN19侦测的侦测的.(7)4.371V 对应对应 100K 的温度感应器的温度感应器 3.365V 对应对应 30K的温度感应器的温度感应器(8)0.850V 对应对应 3K 的温度感应器的温度感应器 0.314V 对应对应 1K 的温度感应器的温度感应器11.WAKE-UP(唤醒充电唤醒充电)SMART BATTERY 充电器规格在某些条件下对充电器规格在某些条件下对SMART BATTERY进行一个进行一个WAKE-UP充电充电,从前面

17、我们可以知道从前面我们可以知道,当侦测感应电偶在当侦测感应电偶在COLD和和UNDER范围内范围内,OZ954被设置成支持一个被设置成支持一个45分钟的分钟的WAKE-UP充电模式充电模式,值得注意的是值得注意的是WAKE-UP充电模式是一个充电模式是一个10V电压电压,256MA的充电模式的充电模式.如果电池电压高于如果电池电压高于10V,ZO954将不将不会支持会支持WAKE-UP的充电模式的充电模式.12.INTERNAL A/D CONVERTER(内部模内部模/数转换器数转换器)OZ954内部有一个内部有一个8 BIT A/D转换器转换器,系统可以通过系统可以通过SMBUS总线自由的

18、读取数据暂总线自由的读取数据暂存器中电池的温度存器中电池的温度.电压等信息电压等信息.系统利用系统利用A/D的转换信息可以在一般的充电要求的转换信息可以在一般的充电要求(充充电电池电电池,充电控制器对充电电流充电控制器对充电电流,电压电压,温度的要求温度的要求)外外,提供额外的保护提供额外的保护.A/D转换器也允许系统设计者利用系统的支持转换器也允许系统设计者利用系统的支持,设计设计OZ954对一般的电池进行充电对一般的电池进行充电.因此系统通过因此系统通过A/D 转换器可以更加紧密的监示电池的电压和温度的变化转换器可以更加紧密的监示电池的电压和温度的变化,同时控制同时控制OZ954进行不同的

19、充电模式进行不同的充电模式,WAKE-UP,快充电快充电,慢充电慢充电,终止充电终止充电.Z954通过通过CHGST端端提供一个电流反串保提供一个电流反串保护功能，护功能，Q3是一个是一个P型三集管在这里用作型三集管在这里用作阻尼二集管阻尼二集管,无论如何无论如何.只要充电电流大过只要充电电流大过ICHFULL-SCALE*5%时时Q3将开启将开启.最大充电电流设最大充电电流设定定最大充电电压最大充电电压设定设定PWM(脉宽调制脉宽调制)控控制电路制电路,调整电电流调整电电流,电压大小电压大小.充电电流侦测电充电电流侦测电路路ADAPTER 电流侦测电电流侦测电路路USIO电池存在的侦电池存在的侦测测4.典型充电电路各个功能块典型充电电路各个功能块DEVICE 备妥讯号备妥讯号