CN3301 PFM升压型多节电池充电管理集成电路

概述CN3301是一款工作于4.5V到32V的PFM升压型多 节电池充电控制集成电路。 CN3301采用涓流恒流和准恒压模式(Quasi-CVTM)对电池进行充电管理内部集成有基准电压源电感电流检测单元控制电路和片外场效应晶体管驱动电路等具有 外部元件少电路简单等优点。 当接通输入电源后CN3301进入充电状态控制 片外N沟道MOSFET导通电感电流上升当上升 到外部电流检测电阻设置的上限时片外N沟道 MOSFET截止电感电流下降电感中的能量转 移到电池中。当电感电流下降到外部电流检测电 阻设置的下限时片外N沟道MOSFET再次导通 如此循环。当FB管脚电压第一次达到内部设置的 1.205V(典型值)时CN3301进入准恒压充电模式 以较小电流对电池充电。只有当FB管脚电压第二 次达到1.205V时充电过程才结束片外N沟道 MOSFET保持截止状态。在充电结束状态当FB 管脚电压下降到再充电阈值时CN3301再次进入 充电状态。CN3301最高工作频率可达1MHz工 作温度范围从40℃到85℃。 其他功能包括太阳能最大功率点跟踪功能符合 JEITA标准的电池温度监测功能电池过压保护 芯片过温保护两个漏极开路状态指示输出端等。 CN3301采用10管脚的SSOP封装(SSOP10)。应用⚫ 多节电池充电控制⚫ 适用于锂电池磷酸铁锂电池和铅酸 电池等充电控制应用⚫ 各种小家电⚫ POS机音响等⚫ 电动自行车电瓶车等特点⚫ 输入电压范围4.5V 到 32V⚫ 具有太阳能最大功率点跟踪功能可使用太 阳能供电⚫ 工作电流380微安VIN12V⚫ 电感电流检测⚫ 高达1MHz开关频率⚫ 准恒压充电模式补偿电池内阻和电池连接线 电阻产生的电压损失⚫ 具有涓流恒流和准恒压充电模式⚫ 自动再充电功能⚫ 高达40W输出功率⚫ 符合JEITA标准的电池温度监测功能⚫ 电池过压保护⚫ 芯片结温过温保护⚫ 两个漏极开路状态指示输出⚫ 工作温度范围40℃到85℃⚫ 10管脚SSOP封装(SSOP10)⚫ 产品无铅满足rohs指令要求不含卤素管脚排列图典型应用电路订购信息功能框图管脚描述极限参数详细描述 CN3301是一款工作于4.5V到32V的PFM升压型多节电池充电控制集成电路。CN3301内部集成有基准电压 源电感电流检测单元电池电压检测电路输出过压保护电路太阳能最大功率点跟踪单元电池温 度监测单元控制单元和片外N沟道MOSFET驱动电路等提供涓流充电恒流充电和准恒压充电三种模 式非常适合多节锂电池和磷酸铁锂电池或铅酸电池的升压充电控制应用。 由于内部集成有太阳能最大功率点跟踪功能CN3301可以用太阳能供电。 当接通输入电源后CN3301进入充电状态管脚输出低电平表示充电正在进行片外N沟道MOSFET 导通电感电流上升输出电容中的能量转移到电池中。当电感电流上升到外部电流检测电阻设置的上 限时片外N沟道MOSFET截止电感电流下降电感中的能量转移到输出电容和电池中。当电感电流下 降到外部电流检测电阻设置的下限时片外N沟道MOSFET再次导通如此循环。 电池电压经过外部电阻分压网络反馈到芯片内部电压比较器当FB管脚电压小于0.7V(典型值)时CN3301 采用涓流充电模式当FB管脚电压在0.7V与1.205V之间时CN3301采用恒流充电模式。当FB管脚电压第 一次达到1.205V(典型值)时经过去抖动延时后CN3301进入准恒压充电状态输入电流降低到恒流时 的33%所以充电电流也降低。当FB管脚电压第二次达到1.205V时经过去抖动延时后充电过程结束 片外N沟道MOSFET截止CN3301进入充电结束状态管脚输出低电平没有电流流向电池。在充 电结束状态当FB管脚电压下降到再充电阈值1.15V(典型值)时CN3301自动再次进入充电状态。 CN3301最高工作频率可达1MHz可以使用较小的电感和电容。 其他功能包括符合JEITA标准的电池温度监测过压保护芯片过温保护等。应用信息输入电压范围CN3301 在输入电压在4.5V到32V的范围内均能正常工作。CN3301内部有输入电源低电压检测电路 如果输入电压小于4.3V(最大值)那么CN3301被关断。5V电压调制器(VCC管脚)VCC管脚为CN3301内部5V稳压器(LDO)的输出最大电流输出能力15毫安。VCC管脚到地之间需要 接一个10uF的滤波电容。此5V稳压器输出可以为外部电路供电。 当输入电压小于5.35V时此管脚电压低于5V略小于VIN。 在芯片结温过温保护状态此5V稳压器输出0V电压。关于准恒压Quasi-CV充电模式CN3301 先以涓流模式和恒流模式对电池充电当FB管脚电压第一次达到充电截止电压1.205V(典型值) 时CN3301 进入准恒压模式此时输入电流降低到恒流时的 33%所以充电电流变小此时 CN3301 继续对电池充电直到FB管脚电压再次达到充电截止电压1.205V时经过去干扰延时后CN3301结束充电。此充电过程可以部分补偿电池内阻和电池连接线的电阻等引起的电压损失类似于通常的恒压 充电过程所以称为准恒压充电过程。电池正极充电截止电压在图1所示的电路中在准恒压充电状态当FB管脚电压达到充电截止电压1.205V(典型值)时CN3301 进入充电结束模式此时对应的电池正极端电压为 VBAT 1.205 ⅹ (1R1∕R2)涓流充电与恒流充电模式当FB管脚电压上升到0.7V以上时CN3301从涓流充电模式转换到恒流充电模式。当FB管脚电压下 降到0.68V以下时CN3301从恒流充电模式转换到涓流充电模式充电电流为恒流充电电流的33%。 当FB管脚电压在0.7V与1.205V之间时CN3301处于恒流充电状态。充电结束在准恒压充电状态当FB管脚电压达到充电截止电压1.205V(典型值)时充电过程结束片外N沟道 场效应晶体管截止CN3301进入充电结束状态。在充电结束状态没有电流从输入端流向电池。 在电池温度偏热时FB管脚充电截止电压是1.175V(典型值)。再充电在充电结束状态当FB管脚电压下降到再充电阈值1.15V(典型值)时CN3301再次进入充电状态。 在电池温度偏热时再充电阈值是1.1V(典型值)。太阳能电池最大功率点跟踪CN3301采用恒电压法跟踪太阳能板的最大功率点。在太阳能板的伏安特性曲线中当环境温度一定时 在不同的日照强度下输出最大功率的点所对应的输出电压基本相同亦即只要保持太阳能板的输出端电压为恒定电压就可以保证在该温度下光照强度不同时太阳能板输出最大功率。 CN3301太阳能板最大功率点跟踪端MPPT管脚的电压被调制在1.205V配合片外的两个电阻(图1中的R3 和R4)构成的分压网络可以实现对太阳能板最大功率点进行跟踪。 太阳能板最大功率点电压VMPPT计算公式为 VMPPT1.205×(1R3R4)电感电流(输入电流)在图1所示的电路中CN3301通过连接在VIN和CSN管脚之间的电流检测电阻RCS设置电感电流。 当外部N沟道MOSFET导通时输入电源向电感充电电感电流上升当电感电流上升到下面3个公式所 决定的上限时(典型值已经考虑内部电路传输延时的影响)ILhigh 0.108V / RCS 恒流模式ILhigh 0.058V / RCS 恒流模式电池温度偏热ILhigh 0.039V / RCS 涓流充电准恒压模式和电池温度偏冷外部N沟道MOSFET截止电感电流开始下降电感中的能量转移到输出电容和电池中。当电感电流下降 到下面3个公式所决定的下限时(典型值已经考虑内部电路传输延时的影响)ILlow 0.07V / RCS 恒流模式ILlow 0.033V / RCS 恒流模式电池温度偏热ILlow 0.02V / RCS 涓流充电准恒压模式和电池温度偏冷外部N沟道MOSFET再次导通开始新的周期。 所以电感平均电流为IL 0.089V / RCS 恒流模式IL 0.046V / RCS 恒流模式电池温度偏热IL 0.03V / RCS 涓流充电准恒压模式和电池温度偏冷在上面的三个公式中 ILhigh是电感电流上限单位是安培(A) ILlow是电感电流下限单位是安培(A) RCS是电感电流检测电阻值单位是欧姆(Ω)计算开关频率和电感值 在图1所示的应用电路中外部N沟道MOSFET导通时间为外部N沟道MOSFET截止时间为所以CN3301开关频率为CN3301要求根据上式计算的开关频率不小于200KHz。一般开关频率选择在300KHz到600KHz之间可以达 到比较好的转换效率和电感尺寸平衡。开关频率随着输入电压和电池电压的变化而变化所以在确定开关频率时电池电压选用标称电压。 CN3301的LDRV管脚输出脉冲信号占空比为在上面的两个公式中L为电感值单位为亨利HVIN为输入电压单位为伏特VVBAT为电池电压单位为伏特VVD为二极管D1的正向导通电压单位为伏特VRCS为电感电流检测电阻单位为欧姆(Ω)估算恒流模式充电电流CN3301是通过调制电感电流输入电流而调制充电电流所以恒流模式充电电流会随输入电压和电池 电压的变化而变化。一般情况下可通过下面的公式估算恒流模式充电电流ICH是流向电池的充电电流单位为安培(A)VIN是输入电压单位为伏特(V)IL是电感平均电流为0.089RCS单位为安培(A)η是转换效率一般在85%到92%之间可取典型值88%VBAT是电池电压单位为伏特(V)