单节双节线性锂电池充电器控制电路.docx
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单节双节线性锂电池充电器控制电路
开关型单节、两节锂离子/锂聚合物充电管理芯片HB6298A
1、功能简述
1.1、特性
●适用于单节或两节锂离子/锂聚合物高效率充电器设计
●0.5％的充电电压控制精度
●恒压充电电压值可通过外接电阻微调
●智能电池检测
●内置功率MOSFET
●软启动
●开关频率400KHz
●可编程充电电流控制，最大充电电流可达1.5A
●防反相保护电路可防止电池电流倒灌
●NTC热敏接口监测电池温度
●LED充电状态指示
●CYCLE-BY-CYCLE电流限制，短路检测、保护
●输入管脚最大耐压18V
●工作环境温度范围：
-20℃～70℃
1.2、应用
●手持设备，包括医疗手持设备
●Portable-DVD，PDA，移动蜂窝电话及智能手机
●移动仪器
●自充电电池组
●独立充电器
1.3、概述
HB6298A为开关型单节或两节锂离子/锂聚合物电池充电管理芯片，非常适合于便携式设备的充电管理应用。
HB6298A集内置功率MOSFET、高精度电压和电流调节器、预充、充电状态指示和充电截止等功能于一体，采用TSSOP20封装。
HB6298A对电池充电分为三个阶段：
预充（Pre-charge）、恒流（CC/ConstantCurrent）、恒压（CV/ConstantVoltage）过程，恒流充电电流通过外部电阻决定，最大充电电流为1.5A.HB6298A集成CYCLE-BY-CYCLE电流限制、短路保护，确保充电芯片安全工作.HB6298A集成NTC热敏电阻接口，可以采集、处理电池的温度信息，保证充电电池的安全工作温度.
2、HB6298A应用电路
图2.1、HB6298A应用示意图
3、HB6298A功能框图
图3.1、HB6298A功能框图
4、管脚定义
图4.1、HB6298A管脚分布图
表4.1、HB6298A管脚描述
序号
符号
I/O
描述
1
STAT2
O
（STAT1）绿
（STAT2）红
描述
2
STAT1
O
灭
灭
没有充电或者无电池
灭
亮
正在充电
亮
灭
充电完成
灭
脉冲1（0.5Hz）
故障状态
灭
脉冲2（2.0Hz）
电池温度异常
3&4
VIN
I
输入电源
5
VCC
I
模拟供电输入，接一个电容到地
6
NC
-
7
SLEEP
O
SLEEP模式输出端，用来控制边充边放的外置功率管
8
TTC
-
振荡器外接电容，决定内部振荡频率，同时提供参考时钟，确定总的充电时间
当该引脚接地时，取消充电时间限制
9
TS
I
温度传感信号输入
10
GND
-
模拟地
11
BAT
I
输出电流检测的负极输入端
12
SNS
I
输出电流检测的正极输入端
13
NC
-
14
VTSB
O
输出3.2V参考电压，最大提供10mA驱动能力，外接1u电容
15
VTRIM
I
与地或者BAT管脚之间外接电阻，微调满充电压
16
ISET2
I
外接电阻设置截止电流
17
ISET1
I
外接电阻控制预充电、恒电流充电电流
18&19
OUT
O
高端PMOSFET功率管漏极连接点
20
CELL
I
0：
两节锂电池充电
VTSB：
单节锂电池充电
5、HB6298A电气特性和推荐工作条件
表5.1、HB6298A推荐工作条件
参数
最小值
典型值
最大值
单位
备注
电源电压
4.5
6
18
V
单节电池充电
电源电压
9
12
18
V
双节电池充电
环境温度
-20
70
℃
6、HB6298A性能参数
表6.1、HB6298A性能参数（Ta=25℃）
参数
符号
测试条件
最小
典型
最大
单位
输入电流
VCC供电电流
IVCC
5
mA
SLEEP模式电流
ISLP
VI（BAT）=4.2V
7
uA
VI（BAT）=8.4V
14
电压调整
输出电压
VOREG
单节电池
4.158
4.20
4.242
V
双节电池
8.316
8.4
8.484
V
充电电流
恒流充电电流A
ICHG
200
1500
mA
检流电阻RSNS两端电压
VIREG
100
mV
恒流电流设置电压
VISET1
1
V
恒流电流设置系数
KISET1
1000
V/A
预充电电流
预充电转快速充电阈值电压
VLOWV
单节电池
3
V
双节电池
6
V
预充电电流范围
IPRECHG
40
300
mA
预充电电流设置电压
VISET1
200
mV
预充电电流设置系数
KISET1
1000
V/A
充电截止电流
充电截止电流范围
ITERM
20
300
mA
截止电流设置电压
VISET2
200
mV
截止电流设置系数
KISET2
1000
V/A
再充电电压
再充电阈值电压
VRCH
4.1
V/cell
TTC输入
TTC系数
KTTC
4.66
H/10nF
CTTC电容
CTTC
10
nF
PWM
振荡频率
400
KHz
内置POWER-MOSON阻抗
500
mΩ
最大占空比
DMAX
98％
最小占空比
DMIN
0％
电池检测
时间错误时的电池检测电流
IDETECT
2
mA
放电电流
IDISCHARG
400
uA
放电时间
TDISCHARG
1
S
唤醒电流
IWAKE
5
mA
唤醒时间
TWAKE
0.5
S
保护
过压保护阈值
117
％VOREG
CYCLE-BY-CYCLE电流限值
3
A
短路电压阈值
2
V/cell
短路电流
25
mA
7、工作流程图
图7.1、充电流程图
8、HB6298A功能描述
8.1、锂电池充电介绍
图8.1、锂电池充电曲线示意图
锂电池充电过程主要分为三个阶段：
预充、恒流充电和恒压充电.当电池电压过低，需要小电流对电池进行唤醒充电，恢复深度放电的电池，即电池预充电阶段.恒流充电阶段充电电流保持恒定，同时电池电压不断上升.当电池电压达到一定设定的恒压值时进入恒压充电阶段，此时充电电流不断下降，直到电流小到充电截至电流时停止充电，在这个过程中电压会略有上升.
8.2、预充电电流
上电后，如果电池电压低于VLOWV阈值电压，HB6298A启动一个预充电过程对电池充电，预充电电流为IPRECHG.预充电时间（tPRECHG）为总充电时间的1/8.当TTC接地时，总的充电时间没有限制，预充电时间TPRECHG固定为40分钟.如果充电时间超过TPRECHG，电池电压仍低于VLOWV，HB6298A停止充电并指示错误，引脚RED输出一个频率为0.5Hz的脉冲.上电复位和更换电池都将能退出错误状态.
其中，VISET1是ISET1脚的输出电压,在恒流充电和预充电阶段，电压值不同，RSNS为外部电流检测电阻，KISET1为增益系数，单位为V/A.
8.3、充电电流设定
电池充电的电流值ICHARGE，由外部电流检测电阻RSNS和连接引脚17的RSET1共同确定，设置充电电流，我们先选择RSNS，RSNS可由该电阻两端的调整阈值电压VIREG和充电电流的比值来确定，一般来说，VIREG的取值为100mV～200mV.
如果上式算出来的阻值为非标准值，那么往上选择一个较大的标准阻值.一旦检测电阻确定下来之后，RISET可由以下公式确定：
其中，VISET1是ISET1脚的输出电压；KISET1为增益系数，单位为V/A.
8.4、充电电压设定
电池电压低于3.0V（双节电池低于6V）时进入预充电模式；
充电截至电压单节为4.2V、双节为8.4V；
当充电完成后，如果电池由于电流泄漏电压降到4.1V以下（双节为8.2V）时，进入再充电周期.
8.5、充电时间限制
HB6298A内部对预充电和总充电时间进行限制，总的充电时间限制：
TCHARGE=CTTC•KTTC
其中，CTTC为引脚TTC接的电容值，KTTC为系数.
当外接10nF电容时，充电时间为4.66小时,如果要延长限制时间，则可以加大TTC脚的外接电容.预充电的时间为总充电时间的1/8，如果在这个时间里面相应的充电周期没有完成，芯片进入FAULT状态.管脚RED输出脉冲指示.
8.6、充电截止电流
在恒压阶段，充电电流值减少到ITERM时，HB6298A内部产生EOC信号，充电截止.
其中，VTERM是ISET2脚的输出电压，为0.2V时产生EOC信号.RSNS为外部电流检测电阻,KISET2为增益系数，单位为V/A.
当充电电流为ITERM的两倍时，芯片内部会产生一个TAPE信号，如果在半个小时后充电电流仍然没有下降到ITERM，充电截至.
8.7、电池检测
对于电池包可移除的应用场合，HB6298A提供一种智能检测电池包的方案.
图8.2、电池检测流程图
充电完成后，电池电压检测脚的电压保持在再充电阈值电压VRCH以上.由于电池放电或者是电池移除，导致电池电压检测脚的电压低于再充电阈值电压时，HB6298A启动电池检测过程，如图8.2所示.该检测过程，先使能一个周期时间为TDETECT的检测电流（IDETECT），并检查电池电压是否低于短路阈值电压（VSHORT）.如果电池电压高于VSHOTR，则检测到电池，启动充电过程，否则，说明电池不在，启动下一步检测过程，使能一个周期时间为TWAKE的唤醒电流（IWAKE），并检查电池电压是否低于再充电阈值电压.如果此时电池电压低于再充电阈值电压，则说明电池在，启动充电过程，否则，说明电池不在，再一次执行无电池检测的第一步.
图8.3、电池检测波形
无电池检测的波形如上图所示,TDISCHARGE为1秒,TWAKE为0.5秒.
8.8、CYCLE-BY-CYCLE电流限制
DC-DC控制器启动每个新周期之前，都要检测充电电流是否超过CYCLE-BY-CYCLE电流阈值（3A），如果没有超过，则下一个周期正常启动，否则，下一个周期的On-Time被终止.CYCLE-BY-CYCLE电流限制，可以对过流和短路错误进行有效的保护.
8.9、睡眠模式
当输入电压小于电池电压时，HB6298A进入睡眠模式.该特性可以防止电池电流反灌.
8.10、参考电压
HB6298A内置3.2V参考电压源（管脚VTSB，外接1uF以上的电容），该电压源除了为内部电路提供电源外，还可以为外部电路使用，例如NTC热敏传感器电路等.该管脚能提供大于10mA的驱动能力.
8.11、充电状态指示
（STAT1）绿
（STAT2）红
描述
灭
灭
没有充电、无电池或睡眠模式
灭
亮
正在充电
亮
灭
充电完成
灭
脉冲1（0.5HZ）
故障状态（预充电超时，总充电时间超时，过电压等）
灭
脉冲2（2.0HZ）
电池温度异常
8.12、电池过温保护
通过NTC热敏电阻检测电池温度，NTC阻值随着电池温度变化而变化，因此当NTC与正常电阻串联对VREF参考电压进行分压，分压值会随着NTC阻值的变化而变化，这个电压通过管脚TEMP反馈到芯片内部进行控制.如下图所示,R6的阻值等于NTC电阻在52℃时阻值的20.5倍.当电池温度高于52℃时，RED管脚输出一个频率为2Hz的脉冲指示信号.如果不需要对电池进行过温检测，则可以把NTC替换为阻值为R6的1/2的电阻.（不需要低温保护）
图8.4、NTC连接示意图
8.13、边充边放功能
边充边放是指输入电源对电池充电的同时对负载放电，如图
（1）虚线所示.此时，Q1始终是开通的，Q2作为Buck电路的开关管，工作在开关状态.一般来说，由于输入电源本身的功率限制，边充边放时，充电电流比只充电不对负载放电时要小，充电电流可以通过一个ICONTROL信号来设置，如图（3）所示.当没有输入电源或者输入电源比电池电压低时，Q1截止，Q2导通，电池通过L1和Q2对负载放电，如图
（2）所示.一般来说，负载的工作电压为9～12V，电流为1A.
（1）边充边放功能示意
（2）电池单独向负载供电示意
（3）大小电流设置
图8.5、边充边放功能示意图
8.14、超时错误恢复
由工作流程图所示，HB6298A提供充电超时错误（包括预充电超时和总充电时间超时）的恢复机制.总结如下：
情况1：
VBAT电压大于再充电阈值电压并发生超时错误.
恢复机制：
由于电池对负载放电、自放电或者是电池移除，使得电池检测电压降到再充电阈值电压以下.此时，HB6298A清除错误状态，并进入无电池检测过程.此外，上电复位可以清除这种超时错误状态.
情况2：
充电电压低于再充电阈值电压并发生超时错误.
恢复机制：
发生这种情况时，HB6298A使能一个IDETECT电流.这个小电流可用来检测电池在不在.只要电池电压低于再充电电压，该电流一直保持.如果电池电压高于再充电电压，那么HB6298A取消IDETECT电流，并执行情况1的恢复机制.就是一旦电池电压又低于再充电阈值电压时，HB6298A清除超时错误，并进入无电池检测过程.上电复位可以清除这种超时错误状态.
8.15、输出过电压保护
HB6298A内置过电压保护功能.当电池电压过高时，比如说电池突然移除时产生的过电压，该功能可以保护器件本身和其他元器件.当检测到过电压时，该功能立即关闭PWM，并指示错误.当电压检测电压低于再充电阈值电压时，该错误解除.
8.16、电感选择
为了保证系统稳定性，在预充电和恒电流充电阶段，系统需要保证工作在连续模式（CCM）.根据电感电流公式：
其中
为电感纹波、
为开关频率，为了保证在预充电和恒流充电均处于CCM模式，
取预充电电流值，即为恒流充电的1/5,根据输入电压要求可以计算出电感值.
8.17、输出电容选择
为了满足电压环的稳定性要求，在电感确定的情况下，最小输出电容需要满足：
其中L、C分别是电感、电容的值.根据输出纹波的要求可以适当作一些调整.
8.18、应用建议
1、抑制EMI干扰，管脚OUT和GND之间串接一个电阻、电容到地，如图2.1中R10、C10的接法，电阻取10
到30
，电容建议在1nF以下；
3、CELL在单节充电应用中建议接到VTSB；
4、考虑到二极管反向漏电对电池自耗电的影响，对于阻塞二极管D1的选择，推荐反向漏电流较小的肖特基二极管，如果是输入高压应用，可以采用普通功率二极管；
5、电容尽量靠近芯片；
6、VTRIM为敏感信号，走线尽量远离周期性大电流走线.
8.19、满充电压的微调
1）单节应用：
测出恒压输出的满充电压值VCV，记为VCV=4.200V±△V。
微调所需电阻阻值计算公式为：
（其中R=80kΩ）
将VCV值向下微调，应将电阻接在管脚BAT和管脚VRIM之间；将VCV值向上微调应将电阻接在管脚VRIM和管脚GND之间。
2）双节应用：
测出恒压输出的满充电压值VCV，记为VCV=8.400V±△V。
将VCV值向上微调，应将电阻接在管脚VTRIM和管脚GND之间,微调所需电阻阻值计算公式为：
（其中R=80kΩ）
将VCV值向下微调，应将电阻接在管脚VTRIM和管脚BAT之间,微调所需电阻阻值计算公式为：
（其中R=80kΩ）
9、封装尺寸
图9.1、TSSOP-20封装外观图示一
图9.2、TSSOP-20封装外观图示二
图9.3、TSSOP-20封装外观图示三
图9.4、TSSOP-20封装尺寸表
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