40充电电路分析

OZ954SmartBatteryChargerControllerDescriptionPINCONFIGURATION（接脚定义）IACMCOMPGCHICHPTOFFGNDASMBDIMAXBBMHDRGNDDVINGACIACPVFBICHMVREFCHGSTVDDSMBCTHMACAVLDRVMAXOZ954122413接脚定义输入/输出类型1GAC出模拟2IACM入模拟3IACP入模拟4COMP出模拟5VFB入模拟6GCH出模拟7ICHM入模拟8ICHP入模拟9VREF出模拟10TOFF出数位11CHGST出TTL同步电流侦测自动校正讯号充电电流状态信号输出,当充电输出电流大于额定值的200MA,那么输出为高充电电流侦测放大输出端充电电流侦测放大输出之反向输入端充电电流侦测放大直接输入内部电压参考输出端,输出电压为基准的2.5VADAPTER电流输出珍测错误放大端输入错误放大输出，外接电容进行补偿电池电压反馈给充电器输出电压调节和欠压保护.分为10个反馈等级功能简介ADAPTER电流输出珍测错误放大端输出ADAPTER电流输出珍测错误放大端输出之反向输入端PINCONFIGURATION（接脚定义）接脚定义输入/输出类型12GNDA13VIN入模拟14VMAX入模拟15GNDD16LDR出模拟17HDR出模拟18ACAV出TTL19BBM入模拟20THM入模拟21IMAX入TTL22SMBC入TTL23SMBD出/入TTLSMBUS总线时钟输入SMBUS数据入/出AC有效侦测输入电池电热调节输入外接15K上拉电阻到VDD最大充电电流嵌位最大电池电压嵌位,由电阻调节器确定.数位地输出驱动LOWERPOWERMOSFET输出驱动UPPERPOWERMOSFETANALOG地AC电源电压侦测输入,分为10个等级功能简介FEATURES(特性陈述):·移除ADAPTEROZ954将自动关断充电电路·内建BREAK-BEFORE-MAKE门驱动电路·内建WAKE-UP充电功能·内建电池电压和温度A/D转换电路支持非SBS电池充电2.GENERALDESCRIPTION(一般功能描述):OZ954是一个SMARTBATTERYSYSTEM(SBS)灵敏电池充电系统的LEVEL2二极充电器,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SMARTBATTERY通信,如果系统进入SUSPEND的状态不会影响ZO954对电池充电.OZ954内部程式化可由SMBUS汇流排控制恒流(CONSTANT-CURRENT)&恒压(CONSTANT-VOLTAGE)二种模式对电池进行充电.另外OZ954运用了二个高端电流侦测器,一个侦测ACPOWER的电流,内外一个侦测充电电流.这倆个电流侦测放大器具有全自动校正功能,当电脑系统在运行时,OZ954会同步动态调整剩余的AC-ADAPTER电流进行充电从而达到最大充电效能.OZ954同步驱动和调整一对外接功率MOS管,可以实现高达95%的功率转换效率.内部一个210KHZ的振荡源提供OZ954基本的工作时钟,并且支持高频率关断下的100%的有效占空比.OZ954支持一个高达4A充电电流的快充电模式.典型充电系统电路内建电压DAC(数/模转换器)提供持续可调精度为小于1%的恒压操作模式,这个独特的功能确保向电池提供一个高精度的充电电压.特别有益于LI电池的充电.OZ954提供一个符合SBSCHARGER规格充电模式.自动从WAKE-UP(慢充模式),FAST(快充模式)到TOP-OFF(截止模式)的完整充电过程.同时,OZ954一直会侦测电池温度,充电电压,电流并开启SMBUS通信.同时针对ADAPTER过压,欠压.电池过压,高温,短路提供保护.另外,ZO954内建一个8BITA/D(数/模)转换和一个电池电压,温度数据处理的多功器.在ZO954中,系统通过SMBUS可以直接读取电池电压,温度的数据.3.FUNTIONALDESCRIPTION功能简述:－VIND2VMILQ11.BUCKCONVERTERTOPOLOGY瞬间充电电流的转换设计大部分大电流充电器都是基于PWM(PULSE-WIDTH-MODULATED)脉宽调制动态调节设计,称为逐步调解器,提供高效率,低损耗的电气性能.＋L0C0RLVGV0持续工作模式:从图可以看出此电路为PWM降压电路,Q1是P沟道增强型MOS管,D2位续流二极管.在一个动态调节(控制)模式.输出电压可由下列方程得到:V0=VIN.DD=TD/(TD+TD’)D表示有效占空比,是指一个周期内Q1开启时间TD和整个周期TD+TD’之比值.Q1开启时,经过L0电流IL有一个(VIN-V0)/L0的上升斜率,关闭时有一个-V0/L0的下降过程.如果负载电流偏低,调节系统会进入自动调整脉宽的过程.连续工作模式间断工作模式注意,当Q1关闭后,感应电流IL下降到零直到下个周期Q1再次开启后,Q1的关闭时间分为俩个部分,TD’感应电流斜率下降的时间.TD”感应电流为零的时间.2.同步校正功能:VINVMQ1＋C0RLVG－D2ILL0V0＋Q2假设电池充电器具有动态调节功能(PWM),又假设ADAPTER电压是20V,对一个低电压电池充电,比如7.5V,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D2的功耗是:4.0A*0.5V*0.625=1.25W这1.25W的功耗可以使一个典型的SMD肖特极二极管温度上升到125摄氏度,又假设QJA是100C/W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MOSFET与D2并联,假设是一个N沟道MOSFET那么饱和导通时的RDS(ON)那么功耗为:0.02*(4.0)*0.625=0.20W2可知,功耗损失降低84%.不过增加这个M0SFET调节器后.一定要在连续运行机制模式.＋－3.DUALHIGH-SIDECURRENTSENSING(双重高端电流感应)D2L0＋－Q1DC/DCCONVERTERISYSQ2RCHICH2VBATTIADICH1ADAPTERRAD如图所示为典型的单电池充电系统,ADAPTER经过D/D转换提供系统电流ISYS.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,无论电脑系统是否在使用,当然一个ADAPTER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和充电.OZ954应用一个高端电流感应器,侦测ADAPTER输出电流是否达到它的极限,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.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.同时OZ954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,是直接通过侦测精确侦测电阻(外接)两端电压来获得的.典型充电模式Q1L0VINIACPIACMHDRLDRICHPICHMVFBCHGSTOZ954ADAPTERSMARTBATTERYSMBCSMBDTHMISYSRADRCH充电电流侦测ADAPTER输出电流侦测通常,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,这样一个网络可以提供很大的电压范围(2.0~4.0)给电流放大器的输入端.另外OZ954内置一个置零电路,它有效补偿电流侦测放大器的电压偏移量.4.CURRENT-SENSEAMPLIFIERDESIGN(电流侦测错误放大设计)VSENIC－＋VN1VN2AUTO-ZEROCIRCUITVOLTAGEDIVIDERBRIDGEIAIBRPRPHIGH-SIDECURRENTSENSECIRCUITRSEN5V5V(1)RP的选择范围为360K到1M+1%的精度(2)R的电阻RP通常为1KRIC对输入端的差分电流IA-IB很敏感,在ADPTER内部设置的限度为IA-IB=100NA,侦测电阻RAD与PICK-UP电阻的值遵循下列方程试:RAD/RPAD=100NA/IADMAXCHARGER端内部设定电流差的限为200NA,所以RCH和RPCH遵循的缩放比例为:RCH/RPCH=200NA/4.096A那么,RCH/RPCH=0.5*10RPCH的选择范围一样是360K到1M.-7高端侦测电路内部原理5.VOLTAGEDACANDCURRENTDAC(电压数/模和电流数/模转换器)整个充电电流的调整范围是0~4.096A,电流DAC是8BITS输入.所以DAC的调节精度是非分明.4.096A/256=16mA而OZ954充电电压的DAC为10BITS输入,它的最小调节精度为32毫伏.电压DAC的内部微调提供小于1%的恒压调节操作.6.CONSTANTCURRENTANDCONSTANTVOLTAGEOPERATIONS(恒压,恒流充电过程)从图示可以看出,OZ954用了五个错误放大器:EA1为电流调节EA2为最大电流钳位EA3为电压调节EA4为最大输出电压调节EA5为ADAPTER输出电流限制这五个错误放大器的输出端分别通过50K,220K,100K.220K.100K的电阻连接在一起到COMP(PIN4)端.ADAPTER电流侦测比较器的输出端与EA5错误放大器相连,EA5的输出通过一个很小的50K电阻与COMP(错误放大输出端)相连,因此.无论如何ADAPTER电流值都大于其它连接项.EA5的输出将支配COMP.如果ADAPTER电流输出超过它的限定值,那么EA5的输出将调节(调低)CHARGING的有效占空比(DUTYCLCLE)使充电电流下降到ADAPTER的整个输出在设定的范围内.另一方面.EA5将调节充电电流输出:ICH2=(IADMAX-ISYS)/DD为DUTYCLCLE在恒电流调节过程中,错误放大器EA1于COMP端相连,而EA3则断开.电路调节充电电流输出依据SMARTBATTY或系统(USIO)对电流DAC所作的调整.VOLTAGEDACANDCURRENTDAC(电压数/模和电流数/模转换器)VOLTAGEDACANDCURRENTDAC(电压数/模和电流数/模转换器)无论如何,在恒电流充电过程中,每过二秒调节单元将对EA4的输出进行一次侦测已确保充电输出电压小于电压DAC的输出设定值,一旦充电电压达到或大于DAC的设定值,充电模式切换到恒压充电模式.相反的,在一个恒压充电模式,错误放大器EA3与COMP端相连.而EA1断开,电路调节充电输出电压依据SMARTBETTER或系统对电压DAC所作的设定.无论如何,在恒压充电过程中.每过二秒调节单元将对EA1的输出进行一次侦测确保充电电流不能高于电流DAC的设定值,一旦充电电流大小到达或超过设定值,充电器将切换到恒流模式.注意,电池电压通过VFB端反馈到错误放大器EA3,电阻的比值是9:1,那么反馈输入电压一直是电池电压的1/10.因为电压DAC输出电压范围是0~2.5V,相应的充电电压输出范围是0~25V.V+SMBCSMBDTHMGNDOZ954VFBR11R14909K101K错误放大器EA2设定最大充电电流,充电电流侦测比较器的输出端与IMAX进行比较,如果ICH达到IMAXEA2将控制EA1或EA3的输出并将调节充电电流到IMAX.错误放大器EA4设定最大充电电压,电池反馈电压VFB将和VMAX比较,如果电池电压达到10*VMAX,EA4将控制EA2或EA3的输出.并调节充电电压到10*VMAX.注意,OZ954POWER-ON复位后,默认模式是恒流充电模式.7.REFERENCEVOLTAGEANDMAXIMUMOUTPUTVOLTAGSETTING(参考电压和最大充电电压设定)OZ954集成一个可设定的钳位电路用以预防充电电压过高,在VMAX端可测到的电压表示钳位电压设定的充电电压的大小.如图:VMAX=(R777/(R722+R777))*VREF不管SMBUS充电电压的要求,OZ954的充电电压不会超过10.VMAX或:VBATTMAX=10*VRE