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USB充电器
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R5设定了比较器的迟滞

2019-02-11 08:09
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  如图所示为由ISO122P/124与仪表放大器INA105、多路选择器构成的600V电池系统的电路。电路对50个12V串联电池(即总电压 600V)的充放电进行检测,以防止过充电或过放电。ISO122P/124的输入电压为单个12V电池两端端电压经两个10k分压得到e/2电压,经过隔离放大后送到INA105。INA105接成增益为1的反相放大器,输出e/2到多路选择器,由多路选择器控制选择输出。

  很多电池供电系统都需要一个可视指示器,用于指示何时需要更换电池。一般用LED做这种指示灯,但它们至少要消耗 10mA的电流。这个不小的电流会加速电池的放电,缩短电池的可用寿命。下图使用了一种采样数据技术降低了监控电路的平均功耗。该电路的待机电流为 5A,在指示低电压时耗电为30A。

  图示,这个监控电路不会连续消耗电池电能,而是通过采样输入,实现5A的待机功耗,以及30A的低电压指示功耗。

  在控制器有效的80s导通时间内,控制器的VPP输出切换为VCC,而在关断期间则切换为高阻。一个快速安定基准设定了触发点。R2必须足够小,以为 LT1009提供所需最小电流。R3、R4和R5对电池电压做分压,并送入一个比较器的输入端。电阻提供了5.5V的下触发点和5.95V的上触发点。内部比较器有低电流偏置点,从而能够为分压器使用大阻值电阻。R5设定了比较器的迟滞。比较器驱动一个内部RS触发器,当 VINSETPOINT+DELTA时,触发器复位(ON/OFF=ground)。

  锂离子电池监控器除了有保护电路外(可保护电池在充电、放电过程免于过充电、过放电和过热),并且能输出电池剩余能量信号(用LCD显示器可形象地显示出电池剩余能量),使用者能随时了解电池的剩余能量状态,以便及时充电或更换电池。它主要用于有C或P的便携式电子产品中,如手机、摄像机、照相机、医疗仪器或音、视频装置等。

  这里以DS2760为例说明该器件的特点、内部结构及应用电路。该器件有温度传感器,能检测双向电流的电流检测器及电池电压检测器,并有12位ADC将模拟量转模成数字量;有多种存储器,能实现电池剩余能量的计算。它是将数据采集、信息计算与存储及安全保护于一身。另外,它具有外围元件少、电路简单、器件封装尺寸小(3.25mm2.75mm管芯式BGA封装)的特点。

  DS2760的内部有25m检测电阻,能检测双向(充电及放电)电流(但自身阻值极小,损耗极小);电流分辨率为0.625mA,动态范围为 1.8A,并有电流累加计算;电压测量分辨率为48mV;温度测量分辨率可达0.125℃;由ADC转换的数字量存储在相应的存储器内,通过单线接口与主系统连接,可对锂离子电池组成的电源进行管理及控制,即实现与内部存储器进行读/写访问及控制。该器件功耗低,工作状态时最大电流80A,节能状态(睡眠模式)时小于2A。

  DS2760的功能结构框图如图5所示。它由温度传感器、25m检测电阻、多路器、基准电压、ADC、多种存储器、电流累加器及时基、状态/控制电路、与主系统单线接口及地址、锂离子保护器等组成。

  应用电路并不复杂,电路如图6所示。两个P沟道功率MOSFET分别控制充电及放电,BAT+、BAT-之间接入锂离子电池,PACK+、PACK-为电池组的正负端,DATA端与系统接口。该电路适用于单节锂电池,若采用贴片式元器件占空间很小,可做在电池中。

  这里以AIC1811单节锂离子电池保护器为例来说明保护器的电路及工作原理。该器件主要特点:终止充电电压有4.35V、4.30V及 4.25V(分别由型号后缀A、B、C表示),充电电压精度可达30mV(0.7%);耗电省,在3.5V工作电压时工作电流典型值7A,到达终止放电后耗电仅 0.2A;有过充、过放、过流保护,并有延时以免瞬态干扰;过放电电压2.4V,精度3.5%;小尺寸5管脚SOT-25封装;工作温度范围-20~ +80℃。

  AIC1811组成的单节锂离子电池保护电路如图1所示,其内部结构简化图及外部元器件图如图2所示。V1为控制放电的 MOSFET,V2为控制充电的MOSFET,R1、C1用来消除充电器输入电压的纹波及干扰电压,R2为防止充电器电源接反时保护CS端的电阻,R3为 V2的偏置电阻,FU为保险丝,BATT+及BATT-为电池组的正极和负极(此保护器电路置于电池中)。

  在正常充、放电时,V1、 V2都导通。充电电流从BATT+流入,经保险丝向电池充电,经V1、V2后由BATT-流出。正常放电时,电流由BATT+经负载RL(图中未画出)后,经BATT-及V2、V1流向电池负极,其电流方向与充电电流方向相反。由于V1、V2的导通电阻RDS(ON)极小,因此损耗较小。

  编辑点评:本文介绍了电池监控电路和锂离子保护电路的详解,该电路方案性能优良,扩展性强,可以广泛应用于各类电子设备,完成对电池的全面监控和管理。