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锂离子电池充电器

课程论文

题目：

锂离子电池充电器

学生姓名：

学生学号：

系别：

电气信息工程学院

专业：

年级：

10级

任课教师：

2012-10

锂离子电池充电器

学生：

指导老师：

电气信息工程学院：

第一章前言

第二章概述

第三章充电器的组成与保护

3.1充电组合电路

3.2DS2770芯片功能与特点

3.3充电组合电路的保护特性

第四章关于充电与控制

第五章充电电量计数与实时时钟

5.1充电电量计数

5.2实时时钟RTC

第六章电池组信息的保存

第七章结束语

第八章参考文献

第一章前言

随着数码相机、MP3和CD碟机等电器逐步进入爱好者手中，充电电池的使用也更加普及，对充电器的要求也愈来愈高了。

市售的几元到十几元的廉价充电器功能少、充电电流小，没有保护功能，效果不好。

买一个好的充电器不仅售价高，而且其性能也往往不能令人满意。

Li+锂电池因具有体积小、重量轻与能量密度高等优势，所以在市场中被广泛应用。

高等产品都需要在内建立一个高性能的锂离子电池充电器,以保证Li+电池在使用中避免过度充电、过度放电等损害现象的发生。

从而,随之带来的是要求锂电池充电器具有严格与完善的保护电路,才能真正实现各项安全保护特性。

为此,应用新型的DS2770和DS2720芯片可以设计一个具有充电控制、电源控制、电量计数、电池保护、计时和对电池组能识别等功能的高性能锂电池充电器组合方案。

从而用它可替代目前市场上的现有的锂电池保护／充电控制电路---充电器。

第二章概述

DS2770电池监视器和充电控制器提供一些更完善的电池维护功能。

当与主系统的处理器协同工作时，位于电池组内部的DS2770可以实现充电、剩余容量估计、安全监视和非易失（NV）参数存储等功能。

每片DS2770都具有一个唯一的ID，一个数字温度传感器，一个用于测量电池电压和电流的模/数（A/D）转换器，一个集成的电流累积器（用于记录流入和流出电池的电流总量），一个历时记录器，用于存储重要参数的非易失存储器，以及一个支持可充电锂电池（包括锂离子和锂聚合物）和镍金属氢（NiMH）电池的集成充电控制器。

电流测量可以采用内部集成的25mΩ检测电阻，或者外接检测电阻。

测量电流、电压和温度的分辨率足以满足过程监视之需要，例如充电控制和保护。

充电控制方式可由用户选择，对于可充电锂电池提供脉冲式充电，对于NIMH则提供Dt/dt终止方式。

此外，可编程的充电定时器和低电压电池恢复功能使充电更加安全和方便。

DS2770通过1-Wire®接口发送和接收信息，因此处理器和DS2770之间只需一条连线（还有地线）。

这意味着安装有DS2770的电池组仅需4个输出接头：

电池电源、充电电源、地和1-Wire接口。

每片DS2770都具有一个工厂编程的64位网络地址，允许主系统单独寻址。

DS2770提供两种类型的存储器用于存储电池信息：

可锁定EEPROM和SRAM。

真正的非易失存储器EEPROM保存重要的电池数据，不会因电池严重消耗、偶然短路或ESD事件而受到影响。

锁定之后成为ROM，能够为不再改变的电池数据提供更安全的保护。

SRAM为临时数据提供廉价存储。

摘要：

新型高性能充电组合电路（充电器）是由DS2770、DS2720等芯片组合成设计而成,本文介绍该设计方案的功能和特点.

   关键词：

充电控制与保护电量计量1-Wire接口Li+锂电池组

第三章充电器的组成与保护

3.1充电组合电路

见图1所示，整个组合电路分别有DS2770是充电控制器／电量计、DS2720电池保护器、DS2415实时时钟（RTC）三个芯片组成。

它们均公用一个地（Vss或gnd）、电源（Vdd）和通信线（DQ或DATA）。

而所有的电容（从C1到C10）和电阻（从R1到R12）的作用是对干扰信号滤波及对ESD的保护。

该充电器的负载（即主设备）是通过PACK+和PACK-引脚获得电源，而充电器与主系统的数据通信是通过标准的l-Wire接口（标为DATA）进行。

DS2720芯片的的PS引脚和主系统的开／关控制相连接,且作充电器的使能输入（低电平有效）。

图1中引脚Charge.source可连接到充电电源,而充电电流能按照电池额定的充电条件加以限制,其充电电压最高至15V。

整个充电器在工作模式下消耗不足100μA的典型电流，而处于静止状态（即锂电池不处于充电状）时典型消耗电流不到20μA。

3.2DS2770芯片功能与特点

DS277是一款集成了电池电量计量和锂离子或镍基电池充电控制器的新型芯片,其框图见图2所示。

它还包含一个可选择的25mΩ检测电组，用来实现充电电流测量。

内置的测量电路能检测电压和温度值，作为充电终止的判据和安全充电环境的判据。

所有测量结果保存在16字节的SRAM存储器中，它的40字节的EEPROM留给用户使用。

与主系统所有信息交换都通过它的标准的l-Wire通信接口实现。

该芯片为低功耗,工作状态耗电仅为80μA，静态消耗电流为0.5μA。

其引脚功能说明:

UV:

当电池电压检测为低值时的输出端，其低电平有效

CC:

充电控制输出,其低电平有效

Vch:

充电电压输入

SnS:

电流捡测电阻连接端

Vdd与Vss:

芯片电源端

Vss:

地端

DATA:

数据输入/输出端

LS1与LS2:

电流检测输入端

Vin:

电池电压检测输入

3.3充电组合电路的保护特性

   应用外接的二只N沟道MOSFET保护管（IRF840）VP3与VP4和DS2720芯片来实现对单体Li+或锂聚合物电池安全保护。

即可以达到保护电池免受过量充电、过量消耗、过高放电电流以及过高温度损害等安全特性。

DS2720具有细小电流充电功能，可恢复已深度放电的电池。

用主系统软件还能够通过DS2720与DS2770芯片的DQ引脚检测到电池产生故障的原因并由主系统向用户汇报。

需要指出的是MOSFET管被接在了充电组合电路的高端，位于充电电源和Li+电池正端之间，见图1所示。

为确保其数据在发生保护性故障或当充电组合电路处于休眠模式时不丢失，最好由Li+或锂聚合物电池直接给DS2770和DS2415供电。

否则的话，当MOSFET被关掉时数据将丢失。

该DS2720芯片为低功耗,工作状态耗电仅为12.5μA，静态消耗电流为1.5μA。

其DS2720其引脚功能：

PLS电池组的正端输入

PS:

系统（功率）开关捡测输入，低电平有效

DQ:

数据输入/输出

CP:

电量储存容量

CC:

充电控制输入

DC:

放电控制输出

第四章关于充电与控制

DS2770的功能之一是利用简单的限流型电源给电池充电。

通过控制外部PNP晶体管（VP1（FMMT718型）和VP2（4403型），DS2770能以恒定电流给Li+或锂聚合物的电池组进行充电，直到电压上升到工厂没定的4.1V或4.2V限值。

然后，它以脉冲充电方式注满电池。

DS2770还提供了一个辅助的充电终止控制，即当电池温度超过+50℃或超过用户设定的最大充电时间均能终止充电。

要启动充电，只需接一个限流型电源（最高15V）到charge.source端即可。

第五章充电电量计数与实时时钟

5.1充电电量计数

DS2770也可用作一个高精度电量计。

电流测量通过一个内部的25mΩ检测电阻实现（见图2所示），其最低分辨率为62.5μA，动态范围高达±2A的平均电流。

在GSM／CDMA应用中，DS2770可十分容易地跟踪放电电流，它内部的自动补偿功能可在芯片整个工作范围之内保持测量的精确度,并能对所累加的电流、电压和温度进行实时测量，再加上保存于DS2770内EEPROM的电池特性数据，使得主系统处理器能够精确计算出电量，同时仅消耗很少的系统资源。

而且由于DS2770直接由电池驱动，电量计数信息在电池组被拿开或由于保护性故障电源失效时不会被丢失。

5.2实时时钟RTC

DS2415为主系统提供了一个精度达2分钟/月的RTC。

它需要一个32.768kHz／6pF的外部晶体连接到DS2415的Xl和X2引脚。

由于DS2415直接由电池供电，这是种结构是其它充电器电路所没有的优势。

而将DS2415时钟置于MOSFET管的内侧，可以为主系统提供一个高精度保障的时钟，甚至当主系统电源失去时也可以保持正确的时间信息，免去了在主系统中增加超级电容或纽扣电池作为备用电源的麻烦。

DS2415引脚功能：

VBat充电电压输入脚2.5v.-5.5v

第六章电池组信息的保存

DS2770含有40字节的EEPROM留给用户访问，而DS2720又额外增加了8个字节。

电池组制造商可以利用这些空间保存相关的电池组信息，例如电池化学类型，组装日期，用于电量计数的电池特有信息等,一旦写入EEPROM将永久锁定，甚至于当主系统电源丢失和ESD事件发生时仍能保证数据的完整性。

此外，每个芯片具有一个唯一的64位序列码，以便于让主系统或充电器识别。

最后还要提醒大家注意现在市场上有不少假冒伪劣的锂离子充电电池，这些充电电池往往质量没有保证，往复充电次数也很少，电池外面的标志往往也是随便打，将低容量的电池打成高容量的标志。

所以大家在选购电池时一定要擦亮眼睛，在选择充电电池时要尽量选择一些大厂的名牌产品，但现在仿冒的名牌电池也很多，请尽量到一些信誉有保证的大型商场购买。

另外电池充电器质量的好坏也直接关系到充电电池的使用寿命，大家在选择时也要注意，不能只图便宜。

第七章结束语

按此方案实施的高性能锂电池充电组合路--充电器其特点是操作简单、成本低廉、性能优异、安全可靠尺寸小等优点，但是，线性充电器的热量主要耗散在调整管上，设计中需要考虑散热问题，脉冲充电器需要限流型电流源，但其热量主要耗散在充电电源上、而非电池组内部。

传统的观点认为：

由于脉冲充电器在电池电压达到VCV时是以1C的脉动电流进行充电，使电池寿命受到较大影响。

利用DS2770电池监视器和充电控制器对电池进行充电，测试结果表明：

脉冲充电器充电速度比线性充电器快16%（25℃），并保持基本相同的有效电池容量；利用DS2770构成的脉冲充电器对Li+电池重复充电500次后对电池寿命的影响更小。

第八章参考文献

1.MAXIM集成电路手册.

2.模拟电子线路.康华光（版）

3.电子线路CAD.北京大学出版社

4.单片机原理.