MCP7383充電器開源分享

PCB圖如下：

成分

描述

MCP7383充電器

單節(jié)鋰離子/鋰聚合物充電管理控制器

微型 500mA 線性充電管理控制器。包括采用 5 引腳 SOT-23 和高熱效率 8 引腳 2mm x 3mm DFN 封裝的集成傳輸晶體管、集成電流感應(yīng)和反向放電保護

產(chǎn)品特點

高精度預(yù)設(shè)輸出電壓調(diào)節(jié) (+/-0.75%)

輸出電壓選項包括 4.2V、4.35V、4.4V 和 4.5V

用戶可編程充電電流

充電狀態(tài)輸出可直接驅(qū)動LED

片上熱調(diào)節(jié)

預(yù)處理和充電結(jié)束比率選項

欠壓鎖定

具有負載共享功能的鋰電池充電器

您可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在嘗試使用電路的同時為項目的鋰電池充電并沒有得到很好的鍛煉，出現(xiàn)電路無法打開和電池?zé)o法完成充電等問題。即使是 LED 也會導(dǎo)致電池永遠無法完成充電。

本文介紹了如何創(chuàng)建具有負載共享（也稱為電源路徑）的電池充電器，該充電器可以為電池正確充電并讓主電路正常運行。我們將使用的充電 IC 是 Microchip 流行的 MCP73831/2，用于單節(jié)鋰聚合物和鋰離子電池，最大充電電流為 500mA。我們還將采用 Microchip 應(yīng)用筆記 AN1149 中的負載共享設(shè)計。

不使用負載共享時的問題

在預(yù)充電和恒流充電階段，充電器 IC 將限制提供給電池和負載的電流。如果此限制已設(shè)置為 40mA 并且負載需要 30mA，則只剩下 10mA 用于為電池充電。如果負載需要 50mA，那么 40mA 將來自充電器，10mA 來自電池，這將使電池放電而不是充電。如果電池已經(jīng)沒電了，那么負載將缺乏電流，導(dǎo)致電壓下降，負載可能無法正常工作，電池也無法充電。

在恒壓充電階段，充電器通常會等到通過電池的電流低于特定百分比（通常為設(shè)定充電電流的 7.5%），然后完成充電。如果存在負載，則電流可能永遠不會低于此水平，并且充電似乎永遠不會完成。

充電器 IC 變體

充電 IC 有幾種變體，MCP73831/2 表示 MCP73831 和 MCP73832。這兩者之間的唯一區(qū)別是充電狀態(tài)輸出（STAT 引腳）。

還有一些變化可以設(shè)置電池的充電方式，以及預(yù)充電的時間和時間、快速充電等。AC、AD、AT和DC是4種類型。AC 類型似乎是 IC 數(shù)據(jù)表中使用的“正?！鳖愋?。有關(guān)每個充電階段的更多信息，請參見上面的應(yīng)用說明。

基本充電電路

該設(shè)計是 MCP73831/2 為鋰電池充電所需的最低要求（當(dāng)然，R1 和 LED1 也可以移除），但如上所述，在充電和將負載連接到電池時會出現(xiàn)問題。

負載共享充電電路

添加負載共享只需要額外的 3 個組件。當(dāng)使用 USB 電源時，此電路將關(guān)閉 Q1，只要 (Vusb – D1 VF) 高于 (Vbat – Q1 VSD)，負載就會使用 USB 通過 D1 供電。這允許電池在沒有任何外部干擾的情況下正常充電。

Q1 是一個 P 溝道 MOSFET。當(dāng)使用 USB 電源時，Q1 將關(guān)閉并停止電流從電池流向負載，從而有效地斷開電池。然后負載將通過 D1 使用來自 USB 的電源。您選擇的 MOSFET 應(yīng)具有盡可能低的 RDS(on) 以最大限度地減少功率損耗，應(yīng)該能夠處理電路將從電池中汲取的電流，并且 VGS(th) 應(yīng)介于 0V 和 -2.4V 之間。

D1是防止電流從電池流入充電電源。D1 應(yīng)該是一個肖特基二極管，可以處理負載的最大電流消耗。正向壓降沒有太大關(guān)系，但在USB供電時越低越好以減少功率損耗。絕對最大壓降為(VINmin – (VBATmax – VSD) = VFmax)，USB 2.0標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為5V±0.25V，大部分鋰電池充電至4.2V，內(nèi)部MOSFET二極管有0.6V左右的壓降，所以(4.75 – (4.2 – 0.6) = 1.15)。這個最大正向壓降是為了使 Q1 的源極（負載側(cè)）電壓不會低于漏極（電池側(cè)）電壓，否則 Q1 的內(nèi)部二極管將開始導(dǎo)通，從而干擾電池充電。如果需要超低功耗，肖特基二極管的反向漏電流可能會成為問題。

R2 是為了確保 Q1 在充電電源被移除時打開并將電池連接到負載。

C3 是一個額外的去耦/旁路電容。

另一個需要考慮的重點是 D1 的反向漏電流，它可能高達幾百微安（肖特基二極管的漏電流很大）。

此泄漏電流將在 MOSFET 柵極產(chǎn)生一個小電壓，如果足夠高，可能會導(dǎo)致 MOSFET 在主 Vin 電源被移除時無法正常重新開啟。

要查看 Q1 是否正確打開，請在 Q1 的漏極和源極引腳上放置一個電壓表，它應(yīng)該根據(jù)負載和 MOSFET 的導(dǎo)通電阻讀取幾毫伏，例如負載為 100mA 且 RDS(on) 為 50m？那么電壓降應(yīng)該是5mV。

為了最大限度地降低柵極電壓，您可以使用具有較低泄漏電流的二極管（這也將提高電池壽命）或降低 R2 的值，或兩者兼而有之。

為了弄清楚 R2 應(yīng)該是什么值以將柵極電壓保持在正常水平（讓我們選擇 1V 的 Vtarget），我們首先計算 D1 在電池最大電壓下的有效電阻：

我們的示例二極管的泄漏 (IR) 為 200uA @ 4.2V（您可以在二極管的數(shù)據(jù)表中找到泄漏信息，或者您可以通過在二極管上反向施加電壓并測量電流來自行測量）。

RD = VBATmax / IR

RD = 4.2 / 0.0002

RD = 21K？

所以現(xiàn)在我們可以將 D1 和 R2 視為一個分壓器，我們只需要確定 R2 應(yīng)該是什么值，以便 MOSFET 柵極處的電壓滿足我們的 Vtarget。

R2 = Vtarget * RD / (VBATmax – Vtarget)

R2 = 1 * 21000 / (4.2 – 1)

R2 = 6.56K？

所以當(dāng)使用漏電流為 200uA @ 4.2V 的二極管時，R2 必須不超過 6.56K 才能使 MOSFET 的柵極保持在 1V。我建議R2不要超過100K。

這也意味著 D1 和 R2 將從電池中泄漏總計 152uA 的電流 (I = VBATmax / (RD + R2))。

對 VBATmin（大約 2.4 – 3V）也進行這些計算可能是一個好主意。

具有負載共享和附加微控制器的充電電路

這是一個進一步修改的充電電路。微控制器可用于檢測何時應(yīng)用 USB 電源、何時為電池充電、啟用/禁用充電、控制充電速率和測量電池電壓。該信息可以顯示在諸如 LCD 之類的東西上。

PinI/OPull-upInfoPD3 (5)InputEnabledCharger STAT 引腳感應(yīng)。LOW 表示電池正在充電。PD6 (12)InputDisabled 當(dāng)應(yīng)用 USB 電源時，此引腳將變?yōu)?HIGH。PD4 (6)Output——控制充電。PD5 (11)Output——控制充電。PD7 (13)Output——設(shè)置為 HIGH 將打開電平轉(zhuǎn)換器和 Q3，這將允許電流流過分壓器。

獲取 ADC 讀數(shù)后，應(yīng)將其放回 LOW.ADC3 (26)ADC–測量電壓。內(nèi)部 1.1V 應(yīng)用作參考電壓。

收費率

在第一個負載共享原理圖中，R2 和 R3 分壓器還用作 Q1 的 R2 100K 下拉電阻。

在這種情況下只能使用 MCP73832，當(dāng)電池完成充電時，使用 MCP73831 將 STAT 引腳驅(qū)動為 5V 高電平，這將超過微控制器的最大引腳電壓 VCC + 0.5V（2.5 + 0.5 = 3V 最大值）。

MCP73831的應(yīng)用

MCP73831 因其微型尺寸和最佳電池管理能力而在小型便攜式設(shè)備中具有廣泛的應(yīng)用。它被廣泛使用的一些設(shè)備是：

鋰離子/鋰聚合物電池充電器

個人數(shù)據(jù)助理

蜂窩電話

數(shù)碼相機

MP3 播放器

藍牙耳機

USB充電器

MCP73831 管腳說明

1.充電狀態(tài)輸出（STAT）

輸出 STAT 以連接 LED 以指示充電狀態(tài)?；蛘?，可以應(yīng)用上拉電阻器連接到主機微控制器。STAT 是 MCP73831 上的三態(tài)邏輯輸出和 MCP73832 上的開漏輸出。

2. 電池管理 0V 參考 (VSS)

連接到電池的負極端子和輸入電源。

3. 電池充電控制輸出 (VBAT)

連接到電池的正極。內(nèi)部 P 溝道 MOSFET 傳輸晶體管的漏極端子。以最小 4.7 μF 旁路至 VSS，以確保電池斷開時的環(huán)路穩(wěn)定性。

4. 電池管理輸入電源 (VDD)

建議使用 [VREG (典型值) + 0.3V] 至 6V 的電源電壓。以最小 4.7 μF 旁路至 VSS。

5. 電流調(diào)節(jié)集 (PROG)

通過在 PROG 和 VSS 之間放置一個電阻器來調(diào)整預(yù)調(diào)節(jié)、快速充電和終止電流?？梢酝ㄟ^允許 PROG 輸入浮動來禁用充電管理控制器。

設(shè)計 3.7 V、500 mA 鋰離子電池充電器電路

這是最小的鋰離子/鋰電池充電器，非常方便，您可以將它放在任何項目盒中。它也很容易使用。只需將輸入觸點插入任何 USB 端口或任何 5V DC 電源，并將 3.7V/4.2V 鋰聚合物或鋰離子可充電電池插入另一端的輸出插頭。

鋰離子電池需要按照這種電池化學(xué)特性所獨有的精心控制的恒流/恒壓 (CV-CC) 模式進行充電。過度充電和不小心處理鋰離子電池可能會導(dǎo)致永久性損壞、不穩(wěn)定和潛在危險！

充電分三個階段進行：首先是預(yù)充電，然后是恒流快速充電，最后是恒壓涓流充電，以保持電池電量充足。充電電流默認(rèn)為 100mA，因此適用于任何尺寸的電池和 USB 端口。如果您愿意，您可以通過焊接關(guān)閉背面的跳線輕松將其更改為 500mA 模式，因為您只能為 500mAh 或更大容量的電池充電。