基于DS2770的电池监控器和充电器参考设计

本应用笔记提供DS2770电池监测器和充电控制器的参考设计，包括为单节锂离子（Li-Ion）或3节NiMH电池组充电的所有支持电路。本文介绍了为快速充电和涓流充电选择支持组件的示例计算，以及用于执行电池监控功能和电池电量计功能的电路。本文还讨论了保护电路和DS2770充电控制器免受ESD影响的问题。

概述

本应用笔记给出了基于DS2770的充电控制器参考设计（见图1），用于 单节Li+和三节电池组镍氢电池组。它适用于电流限制充电 开路电压不大于 10V 的电源。本设计假设DS2770 配置了一个内部电流检测电阻器，并存在Li+电池所需的保护电路 用于电池组。

该电路的设计考虑了三个重要问题：充电电流和晶体管偏置， DS2770过压保护如果电池保护器开路，ESD保护。

本应用笔记提供了确定4.2V Li+电池组元件值的计算示例 采用1A充电电流和50mA涓流充电电流;但是，可以将这些值修改为 根据具体应用定制电路。

参考设计

图1.推荐用于单节Li+和三节电池组NiMH电池组的原理图。

充电电流和晶体管偏置—快速充电

DS2770根据电池电压提供两种充电速率。如果电池 电压低于3.0V，在快速充电开始之前使用涓流充电来恢复电池电压。 充电通过晶体管T1和T2控制，DS2770根据需要打开和关闭。

快速充电由晶体管T1控制。但是，重要的是要注意充电电流必须 受充电源限制，因为T1充当充电源和充电源之间的低阻抗开关 电池。为了最有效地充电，T1 应该几乎不处于饱和区域。的金额 从T1底部流出以达到饱和的电流取决于其Beta（βT1） 和所需的电荷 当前：

饱和基极电流 = 所需充电电流 / βT1

电阻R2限制进入DS2770 CC引脚的电流，从而控制T1基极电流。什么时候 确定R2的最佳值，使用最大可能的电池电压（V.BAT） 以获得最坏情况 场景。然后可以按如下方式计算 R2：

R2 = VR2/我R2= （（VBSAT- 五抄送） × βT1） / 所需充电电流

哪里

VBSAT（饱和基极电压） = V.BAT+ V行政长官- 五EB= V.BAT+ 0.2V - 0.7V = V.BAT- 0.5V

和 V抄送是DS2770 CC引脚上的电压。在充电过程中，CC 引脚在内部被拉至 GND; 但是，CC引脚上有一些内阻，通常为200Ω;因此，V抄送可以计算为 遵循：

V抄送= CC 引脚的饱和基极电流×内阻

示例：对于需要1A充电电流的4.2V Li+电池组（充电时最大4.3V）， T1 选择最小 Beta 为 100 的 FMMT718 晶体管。该晶体管需要 10mA 的电流 提供 1A 充电电流时基极电流将饱和。因此，CC引脚上的电压 将为2.0V，因此R2选择180Ω电阻。

R2 = （（V.BAT+ V行政长官- 五EB- 五抄送) × βT1） / 期望充电电流
= （（4.3V + .2V - .7V - 2V） × 100） / 1A
= 180Ω
∴选择 R2 为 180Ω

充电电流和晶体管偏置—涓流充电

涓流充电由 T2 门控，电流由 R6 限制。R6的值取决于 涓流充电所需的充电源 （VCH） 和电流。计算值时 的 R6，假设 V.BAT= 0V，这将产生最坏情况下的涓流充电电流。因此，电压 跨 R6 是：

VR6= VCH - V.BAT- 五行政长官= 直流通道 - 0.2V

其中VCH是充电源电压，V行政长官是饱和晶体管上的压降，并且

R6 = VR6/ 最大涓流充电电流

R6还需要能够耗散所需的最大功率，以使电阻器额定功率 （公关R6） 如下所示：

公关R6=（最大涓流充电电流）² × R6

T2基极电流可以使用公式1确定，使其在饱和区域工作。 然而，由于涓流充电电流低，β对于T2不太重要，因此更便宜 具有较低β的晶体管可用于该晶体管。

在涓流充电期间，DS2770 UV引脚被拉至GND，与CC引脚一样，通常有 UV引脚上的200Ω内阻。因此，UV引脚上的电压，V紫外线，可以在 与 V 相同抄送（见等式4）。此外，还可以计算T2饱和基极电压 使用公式3，VBAT = 3.0V，因为这是涓流充电期间的最高VBAT电压。 然后，R3 的值可以按如下方式计算：

R3 = （（VBSAT（T2）- 五紫外线) × βT2） / 最大涓流充电电流

示例：10V充电源需要50mA涓流充电电流，因此选择R6作为 200Ω电阻，额定功率为1瓦。T2选择β = 20的4403晶体管，需要3mA 饱和基极电流。在这种情况下 V紫外线= 0.6V，因此R3使用1kΩ电阻。

R6 = （VCH - V.BAT- 0.2V） / 最大涓流充电电流
= （10V - 0V - 0.2V） / 50mA
= 196Ω
∴选择R6为200Ω

公关R6= （最大涓流充电电流）² × R6 = （50mA）² × 200Ω

= .5 W
∴选择 R6 以使其额定功率高于 1/2 瓦，例如 1 瓦 2512 封装

R3 = （（VBSAT（T2）- 五紫外线) × βT2） / 最大涓流充电电流
= （（3.0V - .6V） × 20） / 50mA
= 960Ω
∴选择 R3 为 1kΩ

过电压

如果Li+保护电路打开充电，充电时可能会出现过压情况 路径由于任何类型的保护问题。如果发生这种情况，VIN和VDD引脚将受到 整个充电源电压（本电路中最高10V）。齐纳二极管D1用于箝位VDD电压达到安全水平。所选齐纳二极管值应大于 电池组（即Li+为4.3V，镍氢为5.25V），但低于VDD引脚额定值（6V）。

电阻R5在过压情况下限制流过D1的电流。电压 R5上的压降将基于充电源电压和D1的值。因此，价值 R5 应根据 D1 所需的额定功率确定（PRD1），这也将是 R5 的额定功率，因此：

R5 = （VCH - VD1）² / 公关D1

示例：D1选择额定功率为1/20瓦的5.6V齐纳二极管。带 10V 充电电源和 5.6V 齐纳二极管在R5两端产生4.4V压降。因此，为了限制流过D1和R5的电流， R5必须至少为390Ω，额定功率为1/20瓦。

R5 = （VCH - VD1）² / 公关D1
= （10V - 5.6V）² / （1/20 瓦）
= 387Ω
∴选择 R5 在 0201 封装中额定功率为 390Ω，功率为 1/20 W

注意：R5不应超过1kΩ，以保持DS2770的功率。

当发生过压情况时，DS2770的内部电路将VIN引脚箝位至 一个二极管压降（0.7V）高于VDD。电阻R4保护VIN引脚，其尺寸必须保持VIN码 输入电流低于0.6mA，这是VIN可以安全承受的最大电流。因此，最小 R4 的可接受值可以按如下方式确定：

R4 = （直流电通道 - （VDD + .7V）） / 0.6mA

由于电池电压实际上是在VIN引脚上测量的，因此有人担心电阻R4可能会 在电压读数中产生错误。但是，由于VIN引脚的输入阻抗 最小值为15MΩ，因此增加一个高达15kΩ的电阻只会影响读数0.1%。功耗 对于R4来说不是问题，因为很少有电流可以流过这条路径。

示例：VDD上为10V充电源和5.6V齐纳时，R4必须在6.2kΩ至15kΩ之间 提供足够的VIN保护，同时将测量精度保持在0.1%以内。

R4 = （垂直通道 - （VDD + .7V）） / 0.6mA = （10V - （5.6V + .7V）） / 0.6mA

= 6.17KΩ
∴选择 R4 为 6.2KΩ

请注意，在过压条件下，VDD 的内部箝位可保护 VIN;然而，这 箝位会导致电压、电流和温度的实时读数不可靠。一旦 错误条件被消除，读数将再次变得稳定。

静电防护

图 1 中所示的充电源、PACK+、PACK- 和数据端子是 电池组并暴露于可能的 ESD 事件中。为了防止这些事件，R1 和 R7 是 150Ω电阻，保护DS2770 VCH和DQ引脚免受充电源和 数据终端。电阻 R4 和 R5 可保护 VIN 和 VDD 免受 PACK+ 端子上事件的影响 除了提供上一节中描述的功能之外。这些组件的使用 产生符合 IEC1000-4-2 型号 ESD 要求的电路，空气电压为 ±15kV，空气电压为 ±8kV 联系。

其他组件

此参考设计包括四个 100pF 电容器。C1 滤除 PACK+ 上的电压，并 PACK-端子，C3是VDD引脚上电池电压的旁路电容器。C4 创建低通 用于电流检测输入的滤波器，如DS2770数据资料所示。

对于某些充电源，由于 高电流负载。如果VCH降至电池电压以下，DS2770会将其解释为： 充电源已被移除，它将终止充电，直到另一个启动充电条件为 遇到。电路中包括R1和C2，以防止初始压降 被DS2770误解。这些值可以针对具有高纹波或噪声的电荷源进行调整 内容。

总结

本应用笔记介绍了一个充电控制器参考设计，其中包括充电组件 为了安全起见。该设计提供了快速和涓流充电以及 在充电过程中保护器打开时保护DS2770。该电路还进行了测试。 ESD 硬度符合 IEC1000-4-2 ESD 模型。

审核编辑：郭婷