磷酸铁锂电池充电器CN3059

ＢＡＴ
ＢＡＴ
分压，因此产生电池实际电压的检测误
差。
再看图 ４ 电路，ＢＡＴ 端向电池充电。
主要参数
ＣＮ３０５９ 的极限参数：各引脚的电
压范围为 － ０ ． ３ ～６ ． ５ Ｖ ；Ｂ Ａ Ｔ 引脚与
ＧＮＤ 短路时间可连续；静电击穿电压为
２ｋＶ；最高结温为 １５０℃；焊接温度为
出单节锂电子充电器芯片 Ｃ Ｎ ３ ０ ５ ２ 及 成本低；对过放电（电池电压＜ ２．０Ｖ） 充电的输出电压。利用这个独特的特
ＣＮ３０５６ 后，２００７ 年又开发出性能更好 的电池有小电流预充电模式；内部有功 点，可以组成简易的 ３ 节镍氢电池充电
的单节磷酸铁锂充电器芯片 ＣＮ３０５８ 及 率器理电路，若芯片的结温超过 １１５℃ 器及 ４Ｖ 铅酸电池充电器或锂离子电池
粗看起来，Ｆ Ｂ 端、电池正极端及
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专题特写：电源管理 IC
２ 充 ４Ｖ 铅酸电池或 ３ 节镍氢电池或 同种类的电池有各自的充电程式及终止
锂离子电池的电路
充电的检测方法，因此用 ＣＮ３０５９ 组成
在 Ｆ Ｂ 端与电池正极之间加一个 的简易充电器在充满程度上需要差一
示及充电结束指示；有输入电压过低
池的详细介绍请参看本刊 ９ 期磷酸铁锂
Ｃ Ｎ ３ ０ ５ ９ 是一种对单节磷酸铁锂电 （＜ ３．６１Ｖ）时的输出锁存功能、自动再
动力电池一文。
池进行恒流、恒压充电的充电器 ＩＣ。用 充电功能、电池温度监测功能；采用小
磷 酸 铁 锂 电 池 的 标 称 电 压 是 ３ ． ２ Ｖ 、 该 ＩＣ 组 成 的 充 电 器 主 要 特 点：充 电 电 流 尺 寸 、 散 热 增 强 性 的 １０ 引 脚 ＤＦＮ 封 装 ；
３００℃（ １０ｓ）。 ＣＮ３０５９ 的电气参数：电源输入电
压 范 围 为 ４～ ６Ｖ；静 态 电 流 典 型 值 为 ６５０
图 ２ 磷酸铁锂电池充电电路 充 电 器 采 用 输 出 直 流 电 压 ５Ｖ、输 出
图 ３ 一般电池电压检测电路
μ Ａ；低压锁存电压为 Ｖ ≤ ３．６１Ｖ；预 电流 １５００ｍＡ 的 ＡＣ／ＤＣ 适配器作电源。 另外，由电池正极加一条连接到 ＦＢ 端， ＩＮ
ＣＮ３０５９ 组成充 ３ 节镍氢电池及 ４Ｖ 铅酸 电器电路相比，前者有两个突出的优 组成的电阻分压器，其中间点为输入误
电池的充电器等。
点：①精确检测充电电池的电压，充电 差放大器，根据充电电池的实际电压来
电池的终止充电电压控制得更精确，使 对电池进行预充电、恒流充电及恒压充
封装、引脚排列及功能
电池充的更满；②采用在 ＦＢ 端与电池正
充电电池型号为 ２ ６ ６ ５ ０ ，容量为
２８００ｍＡＨ，采用 １０００ｍＡ 恒流电充电
图 １ ＣＮ３０５９ 引脚图
（ 其 充 电 率 约 ０ ． ３ ６ Ｃ ）， 充 电 器 电 路 如 图 ２ 所示。
电。若在恒流充电时的充电电流为 ＩＣＨ、
Ｂ Ａ Ｔ 端的电压为 Ｖ ＢＡＴ，电池的电压为
Ｖ’ 。若 ＢＡＴ 端到电池正极之间的金 ＢＡＴ
Ｒ 电阻，可以调节恒压充电的电压这 ＶＳＥＴ
一特点，则除充磷酸铁锂电池外，还可
些。另外，在充 ３ 节镍氢电池时，由于 充电器没有每节电池均压充电的电路，
图 ４ 精确电池电压检测电路
组成简易 ４Ｖ 铅酸电池或 ３ 节镍氢电池充 电器，电路如图 ５ 所示。
所充的电池应是同一种型号、同一公司 生产、同一组使用的电池，否则会造成
池（ 型 号 为 ＣＲ１２３Ａ），其 外 廓 尺 寸 相 同； 典 型 应 用 电 路
路。图 ３ 是一般电池电压检测电路，图
通信装置；小型医疗仪器及野外测试仪
采用 ＣＮ３０５９ 组成磷酸铁锂电池充 ４ 是精确电池电压检测电路。图 ３ 中，
器；小型电动工具等。另外，可采用 电器电路与由 ＣＮ３０５６ 组成的锂离子充 ＢＡＴ 端外接充电电池，内接由 Ｒ１、Ｒ２
存电阈值电压是电池电压小于 ２．０５Ｖ； 用红色 ＬＥＤ 作充电状态指示灯，用绿色 将电池电压通过 Ｒ１、Ｒ２ 分压器后输入
恒压充电电压 ３．６Ｖ；充电结束阈值电压 Ｌ Ｅ Ｄ 作 充 电 结 束 指 示 灯 。设 定 恒 流 充 电 误 差 放 大 器 。
（ＩＳＥＴ 端电压）为 ０．２２Ｖ；睡眠模式阈 电流 ＩＣＨ＝１０００ｍＡ ，则 Ｒ ＩＳＥＴ 为：
Ｂ Ａ Ｔ 端是同电位的。但要注意的是从
由于电池的内阻不同而产生的有的电池
ＢＡＴ 端流到电池正极的电流是 Ｉ ，若 ＣＨ
连接线电阻为△ Ｒ，其压差 Ｖ ＝Ｉ × ＤＲＯＰ ＣＨ
△ Ｒ；而若从电池正极流入 ＦＢ 的电流是
未充满，有的电池已过充电的情况。不 同充电电池的 Ｒ 值如表 ２ 所示。
ＶＳＥＴ
为保证终止电压的精度，采用的
裸 芯 片 技 术 主 要 有 两 种 形 式：一 种 是 ＣＯＢ 技 术 ，另 一 种
是 倒 装 片 技 术（ Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ）。板 上 芯 片 封 装（ ＣＯＢ），半 导 体 芯片交接贴装在印刷线路板上，芯片与基板的电气连接用 引线缝合方法实现，芯片与基板的电气连接用引线缝合方 法 实 现 ，并 用 树 脂 覆 盖 以 确 保 可 靠 性 。虽 然 ＣＯＢ 是 最 简 单 的 裸芯片贴装技术，但它的封装密度远不如 ＴＡＢ 和倒片焊技 术。
属连接线的电阻为△ Ｒ，则 Ｉ 电流从 ＣＨ
Ｂ Ａ Ｔ 端到电池正极间的电压降 Ｖ ＤＲＯＰ
＝Ｉ ×△ Ｒ，则 Ｖ ＝Ｉ ×△ Ｒ＋Ｖ’
ＣＨ
ＢＡＴ ＣＨ
ＢＡＴ
（ Ｖ ’ＢＡＴ ＜ Ｖ ＢＡＴ）。 充 电 电 流 越 大 ， 则 Ｖ ＢＡＴ
与 Ｖ’ 的差值越大。输入到误差放大 ＢＡＴ
器的电压是 Ｖ 的分压而不是 Ｖ’ 的
ＣＮ３０５９ 采用散热增强型 １０ 引 脚 小 极 之 间 加 接 一 个 电 阻 Ｒ ＶＳＥＴ，使充电器除 尺寸 ＤＦＮ 封装，其引脚排列如图 １ 所示， 能充磷酸铁锂电池外，也可简单地组成
各引脚功能如表 １ 所示。
充铅酸电池及镍氢电池，扩展了充电器
功能。下面分别介绍这 ２ 种典型应用电
路。
１ 充磷酸铁锂电池电路
Ｉ ＦＢ， 连 接 线 电 阻 也 为 △ Ｒ ， 则 Ｖ ’Ｂ Ａ Ｒ －
ＶＦＢ 的 压 差 为 ＩＦＢ × △ Ｒ 。 因 为 ＩＣＨ 往 往 是
０．ｘＡ～１Ａ，而 Ｉ ≈ ３ μ Ａ ，所以 Ｖ
ＦＢ
ＢＡＴ
与 Ｖ ’ 的压差较大，而 Ｖ ’ 与 Ｖ
ＢＡＴ
ＢＡＴ
ＦＢ
图 ５ 铅酸电池或镍氢电池充电器电路
专题特写：电源管理 IC
磷酸铁锂电池充电器 CN3059
北 京 航 空 航 天 大 学 方 佩 敏
磷酸铁锂电池是一种用磷酸铁锂 绍 ＣＮ３０５９。
用户可设置较大的充电电流，以提高充
（ＬｉＦｅＰＯ４）材料作电池正极、用石墨作
电效率；有两个 ＬＥＤ 分别作充电状态指
电池负极的新型锂离子电池。关于该电 特点与应用
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今 日 电 子 · 2007 年 10 月
专题特写：电源管理 IC
由 Ｃ Ｎ ３ ０ ５ ９ 组成的充电器适合充 ０．５～４Ａｈ 的磷酸铁锂电池。其应用领 域：矿灯、ＬＥＤ 应急灯、警示灯；车模、 船 模 、航 模 及 电 动 玩 具；在 照 相 机 中 ，用 ３．２Ｖ 磷酸铁锂电池替代一次性 ３Ｖ 锂电
图 ６ ３．２Ｖ 磷酸铁锂电池及 ３．６Ｖ 锂离子电 池充电器电路
表 ２ 不同充电电池的 ＲＶＳＥＴ 值
参数 种类
标称电压（Ｖ）
４Ｖ 铅酸电池
４
３ 节镍氢电池
３．６
３．６Ｖ 锂离子电池
３．６
终止充电电压（Ｖ） ４．４／４．６ ４．２ ４．２
终止放电电压（Ｖ） ＲＶＳＥＴ（ｋ Ω）
３．８
２６７／３３０
之 间 的 压 差 甚 小 （ Ｖ ＞ Ｖ ’ ＞ Ｖ ），
ＢＡＴ
ＢＡＴ
ＦＢ
设定的终止充电电压 Ｖ 与 Ｒ 的
ｂａｔ
ＶＳＥＴ
用 Ｖ 端反馈到误差放大器的电压与电 关系为： ＦＢ
池的实际电压更接近，即检测电池电压
Ｖｂａｔ（Ｖ）＝３．６（Ｖ）＋３．０４ × １０－６
更 精 确 。 这 一 种 精 确 测 量 方 法 也 称 为 开 （ Ａ） × Ｒ （ Ω ） （ ２ ） ＶＳＥＴ
ＣＮ３０５９ 是磷酸铁锂电池的专用充
是 ０．２～１Ｃ。
流 １ ０ ０ ０ ～１ ５ ０ ０ ｍ Ａ ）的 Ａ Ｃ ／ Ｄ Ｃ 适配器 电器 ＩＣ，但它还有一个独特的特点：外
上 海 如 韵 电 子 有 限 公 司 在 自 主 开 发 供 电；充 电 器 电 路 简 单 、外 围 元 器 件 少 、 设 一 个 电 阻 Ｒ Ｖ Ｓ Ｅ Ｔ ， 它 可 以 增 加 恒 压
终止充电电压是 ３．６ ± ０．０５Ｖ、终止放 可由一外设电阻 ＲＩＳＥＴ 设定，最大充电 充电温度范围 ０～４５℃或 ０～６５℃（由充
电电压是 ２ ． ０ Ｖ。该电池与锂 离子电池 电流可达 １Ａ；输入电压 ４～６Ｖ，可采用 电电池参数决定）。
一样要求恒流、恒压充电，充电率范围 ＵＳＢ 接口或 ４．５～６Ｖ 输出电压（输出电
ＣＮ３０５９，满足了市场的需求。本文将介 时Ｎ３０５９ 各引脚功能
引脚 １
２ ３ ４、５ ６、７ ８ ９ １０
符号 ＴＥＭＰ
ＩＳＥＴ ＧＮＤ ＶＩＮ ＢＡＴ ＤＯＮＥ ＣＨＲＧ ＦＢ
功能 电池温度检测输入端。电池的 ＮＴＣ 温度传感器的输出端与此端连接。若此端电压小于输入电压的 ４８％ 或大于输入电 压的 ８０％ 并超过 ０．１５ｓ，这意味着电池的温度过低或过高，充电将被暂停。如果此端的电压在输入电压的 ４８％～８０％ 之间，并且超过 ０．１５ｓ，充电被恢复 若不检测电池温度，则此端接 Ｇ Ｎ Ｄ 恒流充电电流设置和充电电流监测端。此端外接一电阻 ＲＩＳＥＴ 可设定充电电源。恒流充电电流 ＩＣＨ－５ 外设电阻关系为： Ｉ ＣＨ＝ １ ８ ０ ０ ／ Ｒ ＩＳＥＴ 电源负端，地 电源电压输入端。当 ＶＩＮ 端与 ＢＡＴ 端之间电压差小于 ２０ｍＶ 时，ＣＮ３０５９ 将进入低功耗睡眠模式，此时 ＢＡＴ 端的 电流小于 ３ μ Ａ 电池正极连接端。此端给电池提供恒流及恒压充电 内部漏极开路输出端，外接 ＬＥＤ（绿色）及限流电阻。在充电结束时，此端为低电平，ＬＥＤ 亮，表示充电结束 内部漏极开路输出端，外接 ＬＥＤ（红色）及限流电阻。当充电器向电池充电时，此端为低电平，ＬＥＤ 亮，表示充电 正在进行。若电池没有连接好，ＬＥＤ 会闪亮；在充电结束时，ＬＥＤ 灭 电池电压检测端。它将电池的电压往 ＦＢ 端输入内部的误差放大器，按电池的实际电压按预充电、恒压充电模式对电 池进行充电。此端实际上是电池电压反馈端。 另外，此端与电池正极端之间接一个电阻 Ｒ ＶＳＥＴ，则可确定恒压充电时的电压值
尔 文 检 测 法 （ Ｋ ｅ Ｌ ｖ ｉ ｎ ）。 用 这 方 法 精 确
由于这种简易充电器设定了终止充
检测电池电压可使电池的终止充电电压 电电压，所以在充电过程不会产生过充
更精确，电池也冲的更满。
电的情况，即充电是安全的。但由于不
Ｒ ＶＳＥＴ 应为 １ ％ 精密电阻（Ｅ ４ ８ 、Ｅ ９ ６ 系 列 ）， 温 度 系 数 ± １ ０ ０ × １ ０ －６／ ℃ 。
值电压为 Ｖ ＩＮ － Ｖ ＢＡＴ ≤ ２ ０ ｍ Ｖ ；睡眠模 式解除阈值电压为 ＶＩＮ － ＶＢＡＴ ≥ ５０ｍＶ； ＴＥＭＰ 端高温阈值电压为 ８０％Ｖ ，低温
ＩＮ
阈值电压为 ４８％ Ｖ 。 ＩＮ
Ｒ ＩＳＥＴ＝ １ ８ ０ ０ Ｖ ／ １ Ａ ＝ １ ． ８ ｋ Ω （ １ ） ＣＩＮ（１０ μ Ｆ）及 ＣＯＵＴ（１０ μ Ｆ）是 为保证充电器工作稳定的输入及输出电 容 ， 可 采 用 多 层 陶 瓷 电 容 器 （ Ｍ Ｌ Ｃ Ｃ ）。 这里重点介绍精确电池电压检测电
３．０
１９６
２．７～３．０
１９６
图 ６ 是一种充 ３．２Ｖ 磷酸铁锂电池（Ｓ１
打在下面）及充 ３．６Ｖ 锂离子电池（Ｓ１ 打
在上面）的充电器电路。另外，它是恒流
充电可选 ５００ｍＡ（Ｓ２ 打在下面）或 １０００ｍＡ
（Ｓ２ 打在上面）的充电电路。
ＥＰＣ
小知识
板上芯片封装（ＣＯＢ）
板 上 芯 片（ Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｂｏａｒｄ， ＣＯＢ）工 艺 过 程 首 先 是 在 基 底表面用导热环氧树脂（一般用掺银颗粒的环氧树脂）覆盖硅 片 安 放 点 ，然 后 将 硅 片 直 接 安 放 在 基 底 表 面 ，热 处 理 至 硅 片 牢固地固定在基底为止，随后再用丝焊的方法在硅片和基 底之间直接建立电气连接。