IBM T4X 充电电路分析

北京海泰雷特科技有限公司 彭络施 997149930在 IBM T4X 系列机器里，充电控制器为 ADP3806，下面简要说明一下此芯片的工作原 理。

ADP3806 是一个恒流，恒压锂电池充电控制器（CCCV） ，带有可编程的电流控制和电 压控制的同步引导开关驱动器。

每节电池电压（终点电压）的精度要求在 4.2V±1%.电池包 通常由三节或四节这样的电池单元串联起来得到 12.6V 或 16.8V 的输出。

ADP3860 可有三种工作形式，可选 12.525V/16.7V 输出，可选 12.6V/16.8V 输出，和输 出电压可调方式三种。

对于输出电压可调方式可以通过外接的精确电阻获得宽范围的电池电 压。

对锂电池的精确充电，取决于电池盒并联的电池单元数量，典型的充电流范围是 2A 至 3A。

ADP3806 的充电电流范围很广，充电电流可以小到涓流充电（125mA） 。

ADP3806 对充电电流的控制（CC） ：由 ADP3806 内部电路可知，它是由差分输入的放 大器 AMP1 组成，AMP1 的电压增益由内部设定在 25V/V。

在充电模式下，gm1 强制 AMP1 的输出电压等于 ISET 引脚的电压，所以有：∵VISET = I CHARGE • 25 × RCS ∴ I CHARGE = VISET 25 × RCS取样电阻 RCS 的典型值是 25mΩ至 50mΩ，且 ISET 输入范围是 0V 至 4V。

例如：如果我们要得到 3A 的充电电流，当我们设定 VISET 为 3V 时，则RCS =VISET = 40mΩ 25 • I CHARGE即在 RCS 消耗的功率为 360mW，所以 RCS 的应选定在 500mW 以下。

一旦 RCS 确定，则 充电电流可通过调整 VISET 的大小来调节。

当降低 VISET 至 125mV 时，由上式可以算出此时 充电电流为 125mA 的涓流充电。

在 IBM T4X 机器里，因为 R227、R228、R231、R244 四个电阻的并联，大小为 55mΩ, VISET 为 VISET =R157 • VREG = 3.6V ， 所 以 充 电 电 流 I CHARGE 为 R157 + R146I CHARGE =3.6V = 2.6 A ，即最大充电电流为 2.6A。

至于涓流充电，下文将有做分析。

25 × 55mΩ电路中的 R225、R226、C744、C238、C236 为对电流检测信号进行高频滤波用。

电池终点电压的控制： 它是由 gm1 和 gm2 两个误差放大器组成， 当电池达到终点电压时， ADP3806 将会从 CC 转换到 CV 模式。

电池电压变化的采样点来自 gm1 和 gm2 输出端的公共 节点上，并由此节点去控制引脚 COMP 上的电压。

gm1 和 gm2 中只要一个去控制 COMP， 当它们（误差放大器）有正差分电压输入时，其输出将不起作用。

例如，当 VBAT 电压低时， 因 VVREF 比 VBAT 高，所以 gm2 的输出不起作用，而不控制 VCOMP。

而当电池电压达到期望 值时，即 VBAT 比 VVREF 高，所以 gm2 将会控制回路，从而充电电流减小。

ADP3806 充电状态三种组态的实现： 1．如果使用的电池盒为三节单元串联组态（终点电压为 12.6V 或 12.525V） ，则应将 BATSEL 设为高电平。

为使 BATSEL 为高电平， 可将 BATSEL 连接至 REG （6V） 这是 IBM 。

T4X 所采用的（电池盒三单元串联） 。

2．如果使用的电池盒为四节单元串联组态（终点电压为 16.8V 或 16.7V） ，则应将 BATSEL 设为低电平。

此时可将 BATSEL 接地。

北京海泰雷特科技有限公司 彭络施 9971499303． 自动选择设定：因误差放大器 gm2 是通过与内部的 2.5V 参考电压进行比较来控制 COMP 引脚电压的。

所以在 ADP3806-12.525 和 ADP3806-12.6 两种情况下，可以通过一个 精密的电阻分压器来设定 gm2 的反相端电压 （即 BATSEL 电压）这样 gm2 才能根据 BATSEL 。

的状态来确定外部电池盒的组态信息。

DATASHEET 里的 R11 和 R12。

如 请参考 DATASHEET 图 2。

振荡和脉宽调制（PWM） ：它是通过由 PIN6（CT）外接的 C115（220pF）电容和内部 的 150uA 的电流源来共同实现的。

它的频率为fosc =150µ A = 200kH Z 2.2 × CT ×1.5V振荡器产生一个 1V 至 2.5V 的 1.5VPP 的三角波，这个三角波与 COMP 引脚电压进行比 较，以设定 ADP3806 内部激励放大器的占空比。

显然，当 VCOMP 低于 1V 时，占空比为 0。

当 VCOMP 高于 2.5V 时，占空比达到最大（100%） 。

当 VCOMP 在 1V 至 2.5V 之间变化时，占 空比在 0 至 100%变化，从而达到调整输出电压的目的。

当不使用外接电容时，也可以通过 PIN7（SYNC）引入一个外部的方波取代。

内置 7V 自举线性稳压器：ADP3806 内部激励放大器由内置 7V 自举线性稳压器提供电 源，且使 BSTREG（PIN21）有 7V 直流电压。

因为激励放大器所需的开关电流也由 7V 自 举线性稳压器提供，所以必需要在 PIN21 外接一个 0.1uF 的电容 C233 进行滤波。

自举同步驱动器：PWM 比较器控制同步驱动器的状态，当 PWM 比较器为高电平时， 使 DRVH 开通，而 DRVL 关断。

此时应该在 PIN21（BSTREG）与 PIN22 之间接一自举二 极管 D78（因内部构造设定，此二极管也可以不接） ，但必须在 PIN22 与 PIN24（SW）间接 一个自举电容 C192，容量为 0.01uF 至 0.1uF。

PIN20（DRVL）在 BSTREG（7V）和地两种电压之间切换。

7V 的 BSTREG 电压使外 部的低边 N 沟道 MOST 管 Q4 的栅极对地电压为高的 7V，使其导通，从而使节点 SW 与地 连通。

此时， 自举电容通过内部电路或自举二极管充电， PWM 切换成高时， 当 DRVL 关断， DRVH 开通。

DRVH 在 BST 和 SW 之间切换。

当 DRVH 开通时，因外接 MOS 管导通，SW 的电压被拉高至输入电压（16V） ，并且 BST 因接了自举电容而被抬高比 16V 高约 6.5V。

即 最高电压为 22V。

重迭保护：它的作用是确保外接的上下两个驱动 MOS 管不同时导通。

DRVH 关断后， DRVL 不是马上开通，SW 电压将通过外部电压通路降低，ADP3806 侦测 SW 点的电压， 当 SW 电压降到 1V 以下时，DRVL 变高使下边 MOS 管导通；当 DRVL 关断时，DRVH 也 不是马上开通，而是 ADP3806 内部定时器会增加一个 50ns 延时后才使 DRVH 开通。

当充电电流变低时，ADP3806 内部的比较器 DRVLSD 会通知自举同步驱动器关断低 边 MOS 管，并使 DRVL 保持为低，从而使充电电流升高。

当充电电流继续升高， 比较器 DRVLSD 监看 AMP1 的输出电压， 且门限设定在 1.2V， 这个电压相当于在 AMP1 两个 CS 引脚上有 48mV 的压差（当 AMP1 两个 CS 引脚上的压 差为 48mV 时，AMP1 输出端为 1.2V 电压） 。

因 VTH 电压设定在 2.5V，所以当 AMP1 输 出大于 3.7V 时（此时对应的 AMP1 两个 CS 引脚上的压差为 148mV，如正常充电的话， 充电电流为 148/55 为 2.69A）DRVLD 将翻转输出为低电平， ， 使自举同步驱动器关断 DRVH， 从而使充电电流降低。

2.5V 基准电压： ADP3806 提供了一个精准、低温漂的 2.5V 参考电压。

需外接一个 100pF 的电容。

这个 参考电压可向外部提供不超过 100uA 的电流，作为外部参考源。

6V 线性稳压器（REG） ：ADP3806 大多数模拟部分电源均由 REG 来完成。

需要外接一北京海泰雷特科技有限公司 彭络施 997149930个 0.1uF 的电容。

这个电压可以向外提供 3mA 的电流向外供电。

LC：这是一个漏极开路输出信号，在 IBM 机器里未被使用。

当电流检测电压 VCS 低于 固定门限且电池电压高到超过 95%时，ADP3806 会产生一个低电平的 LC 信号。

当达到充 电电流的低电流门限时，可以通过接在 REF 的外接上拉电阻或其它相应的上拉电阻使 LC 抬为高电平。

这个电压可以作为充电结束的指示信号。

系统总电流检测：ADP3806 提供了一个额外的差分放大器 AMP2，用来检测系统总电 流。

它是由 SYS+和 SYS-输入，ISYS 输出的一个电压增益为 50 的差分放大器。

ISYS 有一 个 1mA 的电流去驱动外部负载。

这是 ADP3806 里仅有的一个在芯片关断状态下依旧工作的 放大器，与此电路有关的电源来自 SYS+和 SYS-引脚。

当 ISYS 引脚电压超过 2.5V 时，ADP3806 有一个单独的比较器会使 LIMIT 引脚产生一 个状态的变化。

这个比较器是漏开路输出，所以外接 50kΩ的电阻上拉至 2.5V 或 5V 电源。

当 ISYS 引脚电压低于 2.4V 时，LIMIT 为高阻输出。

当 ADP3860 关断时，这个比较器也将关 闭。

ADP3806 芯片的关断：ADP3806 专设了一个关断引脚 SD#，当 SD#引脚电压低于 0.8V 时，ADP3806 将进入低功耗状态，但系统总电流检测比较放大器 AMP2 依旧工作。

所有的 参考电压和内部的线性稳压电路也将停止工作，此时芯片的总电流小于 5uA。

欠压保护 UVLO：为了能正确上电，ADP3806 设计了一个 UVLO。

当 VCC 上升到 1V 时，内部参考电压和线性稳压随着 VCC 的上升而升高，在内部参考电压和线性稳压没有达 到各自的标准值时，所有的其它电路都会被 UVLO 关断。

当 VCC 上升到 6V 时，两个线性 稳压器（BSTREG 和 REG）都达到 5V，UVLO 才开始打开主充电模块。

同时为了防止振荡 电路未进入正常状态或损坏时使内部电路异常，UVLO 只有增加了一个 300mV 的延时。