鋰離子（Li-Ion）電池在便攜式系統(tǒng)中越來越受歡迎，因?yàn)樗鼈冊谂c舊的鎳鎘和鎳氫化學(xué)品相同的尺寸和重量下增加了容量。例如，配備鋰離子電池的便攜式計(jì)算機(jī)的工作時(shí)間可能比配備鎳氫電池的類似計(jì)算機(jī)更長。然而，設(shè)計(jì)鋰離子電池系統(tǒng)需要特別注意充電電路，以確保電池快速、安全和完全充電。

新型電池充電IC ADP3810專為控制1至4節(jié)鋰離子電池的充電而設(shè)計(jì)。提供四種高精度固定最終電池電壓選項(xiàng)（4.2 V、8.4 V、12.6 V 和 16.8 V）;它們保證了±1%的最終電池電壓規(guī)格，這對(duì)于鋰離子電池充電非常重要。配套器件ADP3811與ADP3810類似，但其最終電池電壓可由用戶編程，以適應(yīng)其他類型的電池。兩款I(lǐng)C均精確控制充電電流，實(shí)現(xiàn)1安培以上的電流快速充電。此外，它們均具有一個(gè)精密 2.0V 基準(zhǔn)電壓源和一個(gè)用于隔離應(yīng)用的直接光耦合器驅(qū)動(dòng)輸出。

鋰離子充電：鋰離子電池通常需要恒流恒壓 （CCCV） 類型的充電算法。換句話說，鋰離子電池應(yīng)以設(shè)定的電流水平（通常為 1 至 1.5 安培）充電，直到達(dá)到其最終電壓。此時(shí)，充電器電路應(yīng)切換到恒壓模式，并提供將電池保持在最終電壓（通常為每節(jié)電池4.2 V）所需的電流。因此，充電器必須能夠提供穩(wěn)定的控制回路，以將電流或電壓保持在恒定值，具體取決于電池的狀態(tài)。

為鋰離子電池充電的主要挑戰(zhàn)是在不過度充電的情況下實(shí)現(xiàn)電池的全部容量，這可能會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性故障。幾乎沒有出錯(cuò)的余地，只有±1%。過度充電超過 +1% 可能會(huì)導(dǎo)致電池故障，但充電不足超過 1% 會(huì)導(dǎo)致容量降低。例如，鋰離子電池充電不足僅 100 mV（2.4 V 鋰離子電池為 -4.2%）會(huì)導(dǎo)致大約 10% 的容量損失。由于誤差空間很小，因此需要對(duì)充電控制電路進(jìn)行高精度處理。為了達(dá)到這種精度，控制器必須具有精密基準(zhǔn)電壓源、低失調(diào)高增益反饋放大器和精確匹配的電阻分壓器。所有這些組件的組合誤差必須導(dǎo)致總誤差小于 ±1%。結(jié)合這些元件的ADP3810保證了±1%的整體精度，使其成為鋰離子電池充電的絕佳選擇。

ADP3810和ADP3811：圖1顯示了簡化CCCV充電器電路中ADP3810/3811的功能圖。二”gm“ 放大器（電壓輸入、電流輸出）是 IC 性能的關(guān)鍵。GM1 通過分流電阻 R 檢測和控制充電電流 .CS，GM2 感應(yīng)并控制最終電池電壓。它們的輸出以模擬“OR”配置連接，并且兩者都設(shè)計(jì)為它們的輸出只能拉起公共 COMP 節(jié)點(diǎn)。因此，電流放大器或電壓放大器在任何給定時(shí)間都控制充電環(huán)路。COMP 節(jié)點(diǎn)由”gm“輸出級(jí)（GM3），其輸出電流直接驅(qū)動(dòng)DC-DC轉(zhuǎn)換器控制輸入（在隔離應(yīng)用中通過光耦合器）。

圖1.簡化電池充電電路中的ADP3810/3811框圖

ADP3810內(nèi)置精密薄膜電阻，可精確分壓電池電壓，并將其與內(nèi)部2.0 V基準(zhǔn)電壓源進(jìn)行比較。ADP3811不包括這些電阻，因此設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)以下公式使用外部電阻對(duì)任何最終電池電壓進(jìn)行編程。緩沖放大器提供高阻抗輸入，以使用 VCTRL 輸入來設(shè)置充電電流，欠壓鎖定 （UVLO） 電路可確保平穩(wěn)啟動(dòng)。

要了解“OR”配置，假設(shè)充電器中插入了完全放電的電池。電池的電壓遠(yuǎn)低于最終充電電壓，因此 GM2 的 VSENSE 輸入（連接到電池）使 GM2 的正輸入遠(yuǎn)低于內(nèi)部 2.0V 基準(zhǔn)電壓源。在這種情況下，GM2 想拉低 COMP 節(jié)點(diǎn)，但它只能拉高，因此它在 COMP 節(jié)點(diǎn)上沒有影響。由于電池沒電了，充電器開始增加充電電流，電流環(huán)路控制。充電電流在 0.25 歐姆分流電阻器 （RCS） 上產(chǎn)生負(fù)電壓。該電壓由GM1通過20千歐姆電阻（R3）檢測。在平衡時(shí)，（我負(fù)責(zé)R.CS）/R3= -V按/80科姆。因此，充電電流保持在

如果充電電流趨于超過編程電平，則 V.CSGM1的輸入強(qiáng)制為負(fù)，這將GM1的輸出驅(qū)動(dòng)為高電平。這反過來又拉起了COMP節(jié)點(diǎn)，增加了來自輸出級(jí)的電流，減少了DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊的驅(qū)動(dòng)（可以使用各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，例如反激式、降壓級(jí)或線性級(jí)），最后降低充電電流。該負(fù)反饋完成了充電電流控制環(huán)路。

當(dāng)電池接近其最終電壓時(shí)，GM2 的輸入進(jìn)入平衡狀態(tài)?，F(xiàn)在GM2將COMP節(jié)點(diǎn)拉高，輸出電流增加，導(dǎo)致充電電流降低，保持V意義和V裁判平等。充電回路的控制已從 GM1 更改為 GM2。由于兩個(gè)放大器的增益非常高，因此從電流到電壓控制的過渡區(qū)域非常清晰，如圖2所示。該數(shù)據(jù)是在圖10所示的離線充電器的3 V版本上測量的。

圖2.CCCV充電器ADP3810的電流/電壓轉(zhuǎn)換

完整的離線鋰離子電池充電器： 圖3顯示了使用ADP3810/3811的完整充電系統(tǒng)。這款離線充電器采用經(jīng)典的反激式架構(gòu)，打造緊湊、低成本的設(shè)計(jì)。該電路的三個(gè)主要部分是初級(jí)側(cè)控制器、功率FET和反激式變壓器以及次級(jí)側(cè)控制器。本設(shè)計(jì)使用直接連接到電池的ADP3810，以2.8至4 A的可編程充電電流將0節(jié)鋰離子電池充電至1.1 V，輸入范圍為70至220 V ac，適用于通用工作。這里使用的初級(jí)側(cè)脈寬調(diào)制器是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的3845，但也可以使用其他PWM組件。充電器的實(shí)際輸出規(guī)格由ADP3810/3811控制，保證最終電壓在±1%以內(nèi)。

圖 3.完整的離線鋰離子電池充電器

ADP3810/3811控制輸出的電流驅(qū)動(dòng)直接連接到光耦合器的光電二極管，無需額外電路。其 4mA 輸出電流能力可驅(qū)動(dòng)各種光耦合器 - 此處使用 MOC8103。光電晶體管的電流流過RF，在 3845 的 COMP 引腳上設(shè)置電壓，從而控制 PWM 占空比。受控開關(guān)穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)使得來自光耦合器的LED電流增加會(huì)降低轉(zhuǎn)換器的占空比。

雖然來自ADP3810/3811的信號(hào)控制平均充電電流，但初級(jí)側(cè)應(yīng)具有開關(guān)電流的逐周期限制。該電流限制的設(shè)計(jì)必須使次級(jí)電路或光耦合器發(fā)生故障或故障時(shí)，或在啟動(dòng)期間，初級(jí)電源電路組件（FET和變壓器）不會(huì)受到過大壓力。當(dāng)次級(jí)側(cè)V抄送ADP2/7升至3810.3811 V以上時(shí)，接管并控制平均電流。初級(jí)側(cè)電流限值由連接在功率 NMOS 晶體管 IRFBC1 和地之間的 6.30 歐姆電流檢測電阻設(shè)置。

ADP3810/3811是副邊的核心，用于設(shè)置充電器的整體精度。整流只需要一個(gè)二極管（MURD320），不需要濾波電感。當(dāng)輸入電源斷開時(shí)，二極管還可以防止電池反向驅(qū)動(dòng)充電器。一個(gè) 1000μF 電容器 （CF1） 可在沒有電池的情況下保持穩(wěn)定性。RCS檢測平均電流（見上文），ADP3810直接（或ADP3811通過分壓器）連接到電池，以檢測和控制其電壓。

通過該電路，實(shí)現(xiàn)了完整的離線鋰離子電池充電器。反激式拓?fù)鋵?anAC/DC 轉(zhuǎn)換器與充電器電路相結(jié)合，提供緊湊、低成本的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)的精度取決于次級(jí)側(cè)控制器ADP3810/3811。該器件的架構(gòu)在其他電池充電電路中也運(yùn)行良好。例如，通過將ADP3810和ADP1148配對(duì)，可以輕松設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)DC-DC降壓型充電器。也可以僅利用ADP3810和外部調(diào)整管設(shè)計(jì)簡單的線性充電器。在所有情況下，ADP3810的固有精度控制充電器，并保證鋰離子電池充電所需的±1%最終電池電壓。

審核編輯：郭婷