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如何提高MAX1737锂离子电池充电器的全量程电流检测和充电终止精度

来源:analog 发布时间:2023-09-11

摘要: 本应用说明描述了如何提高MAX1737锂离子(Li+)电池充电器的全尺寸电流检测和充电终止精度。MAX1737电流感测比数据表中描述的更准确,但需要不同的计算来实现改进。本文中给出了一些示例。

MAX1737上的电流感测是否比数据表中说明的更准确。数据表限制代表6西格玛数字,是非常保守的。样本测试数据显示约为4西格玛极限。可以改进的电流检测参数有电池满量程电流、输入满量程电流和满充电终止阈值。这些参数将在下面解释,并在需要时使用新的方程。

cs -to- bat满量程电流检测:200mV±4mV

这种错误大部分是偏移错误。因此,当CS电压降低时,±4mV误差保持不变。CS电阻值可以降低,只要在满量程电流检测电压中有5mV的误差是可以接受的。满量程电流误差为5mV/R(cs)。

cssp - csn满量程电流检测电压:105mV±4mV

输入电流检测误差与电池检测误差相同,并且比数据表规格更准确。然而,在CSSP和csn输入处存在一些滤波和噪声相关的误差,因为此时电流不是直流。由于这些与噪声有关的错误,为获得最佳精度,将输入电流感测设为比目标低2%左右。与噪声有关的误差取决于输入电压、电感、电容,但从一个单元到另一个单元是可重复的。一旦设计好电路板,isistin或输入电流检测电阻(R12)可以稍微调整以消除噪声误差。所有稍后的单元将具有相同的输入电流设置。

满电终止阈值

MAX1737的满电荷终止检测器的工作方式与满量程电流检测不同。当ISETOUT改变时,满电终止阈值电压不改变。它只是R(CS)的函数。因此,如果CS-to- batt电流检测电阻从0.1欧姆降低到0.05欧姆,并且ISETOUT设置为0.5 REF(以保持相同的快速充电电流,但具有较低的R(CS)),则完全充电终止电流增加。然而,它可能不会翻倍,因为MAX1737检测此功能的峰值电感电流,而不是平均电池电流(见图1)。


图1所示 充满电终止检测电路和电感电流波形。当电感峰值电流低于44mV/R(CS)时,表示充满电。该峰值电流对应的电池充电电流是电感值和输入电压的函数,可以按照文中描述的方法计算。

BATT充电电流完全充电终止阈值的数据表规格为44mV +11mV/-10mV。这是一个非常保守的规范。可靠的限值可为44mV±4mV。但是这个阈值感觉到电感电流(非平均直流充电电流)低于此点。对于0.1欧姆 R(CS),电感器的峰值电流必须降至440mA才能达到阈值。在低电流的电压模式下,平均充电电流远小于440mA的电感峰值电流,但可以计算为计算满电终止阈值下面的部分。

如果电流检测电阻降低到0.05欧姆,充满电的终止阈值仍然是44mV(并且不随ISETOUT改变)。电感的峰值电流必须低于880mA才能触发比较器。这意味着,即使使用ISETOUT在两种情况下设置相同的2A快充电流,0.05欧姆的平均电流将比0.1欧姆高。

电感峰值电流与平均充电电流的比值取决于电感值、输出电压和输入电压。幸运的是,输入电压通常是稳压电源,并且是已知的。输出电压也是已知的,因为当完全充电终止时充电器处于电压模式,所以它将是4.2V乘以电池数。由于电感值也是固定的,完全充电终止阈值将从板到板相当一致

注意:MAX1737数据手册中使用的术语“电池充电电流完全充电终止阈值”有些误导,因为当电池电流下降到这个水平时,充电实际上并不停止。FULLCHG-bar和FASTCHG-bar在这种状态下都很高,表明电池已满(参见图2),但充电仍然在充电模式下继续,直到充电定时器超时。


图2 典型充电顺序的充电状态和指示时间。当FULLCHG-bar高而FASTCHG-bar已经高时,表示电池充满。当电池充电电流降至I(FULL)时,就会发生这种情况,如文中所述。

计算充满电终止阈值

当电感峰值电流降至:时触发“BATT充电电流完全充电终止阈值”:

I(PKTERM) = 44mV/R(CS)

再次注意,I(PKTERM)只是R(CS)的一个函数,不会随着ISETOUT而改变。

电池电流I(FULL)是电感电流的平均值。I(FULL)是R(CS)、输入电压(V(IN))、电池电压(V(BATT))和电感值(L)的函数。对于电感电流为不连续(I(>FULL(DISC))或连续(I(FULL(CONT))两种情况,可以计算如下。

大多数MAX1737充电器设计在电池电流很小的情况下,在充电结束时电感电流不连续。假设电流不连续,则平均电流为:

我(全(盘))= (PKTERM) (t (IU) + t (ID)) / 2 t (/)

其中I(PKTERM) = 44mV/R(CS), t(PER)为开关频率周期(1/300kHz = 3.33µs), t(IU)和t(ID)为电感电流升压和降压时间。这些都是:

t(IU) = I(PKTERM) L/(V(IN) - V(BATT))

t(ID) = I(PKTERM) L/(V(BATT))

由于在计算I(FULL)时充电器处于电压模式,因此V(BATT)是锂离子(Li+)终止电压(通常为4.2V /电池)。

例如,当从12V输入R(CS) = 0.1欧姆和L = 10µH为2节Li+电池充电时:

t(IU) = 0.44 × 10 × 10(-6)/(12 - 8.4) = 1.22µs

t(ID) = 0.44 × 10 × 10(-6)/(8.4) = 0.52µs

我((盘))= 0.44×1.74µs /(2×3.33µs) = 115 ma

如果(t(IU) + t(ID))/t(P))大于等于1,则表示当电感的峰值电流为I(PKTERM)时,该电感仍然是连续的。这可能发生在电感值较大的情况下。则电池充电电流为:

I(FULL(CONT)) = I(PKTERM) -电感器峰间电流变化的一半= I(PKTERM) - [(V(IN) - V(BATT)) dt (PER)/(2L)]

其中D为开关占空因数,对于降压开关稳压器为V(OUT)/V(IN),或者对于MAX1737, D = V(BATT)/V(IN)。

如果在上面的例子中使用22µH而不是10µH,你会得到:

t(IU) = 2.69µs, t(ID) = 1.15µs,则(t(IU) + t(ID))/t(P) = 1.16µs,表示电流连续。

则充电电流为:

我(全(续))= 0.44 -[(12 - 8.4)(8.4/12)3.33µs /(2×22µH)) = 249 ma



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