多功能AAT3680鋰電池線性充電控制器

AAT3680內部架構

圖1 AAT3680內部功能框圖

AAT3680是一個片上系統(SoC)，由圖1 可以看到它由讀取使能微控制器、2倍涓流充電控制器、電流環誤差放大器、電壓環誤差放大器、電壓比較器、溫度感測比較器、環路選擇和多工驅動器、充電狀態邏輯控制器、狀態發生器、多工器、LED信號發生器、MOSFET、基準電壓、電源開機復位、欠電壓鎖定、過流/短路保護等十多個不同功能的IC整合在一個晶元上。

圖2 AAT3680工作流程圖

圖3 AAT3680的鋰電池充曲線

圖4 AAT3680典型應用圖

AAT3680主要特性與功能
4.5~15V輸入電壓范圍；低的靜態工作電流,典型值為0.5mA；可編程充電電流；自動程控充電；電池溫度監測；過溫保護快速充電選擇；電池過放電涓流調整；電池充滿自動轉換至關機/休眠模式；過壓、過流、過溫保護；上電復位；LED充電狀態輸出或系統微控制器串行接口；-20~+70℃溫度范圍；8腳 MSOP、TSSOP或SOP封裝。
AAT3680的引腳功能如表1所示。

AAT3680充電器工作流程
電源接通上電復位，檢測供電是否欠電壓，如供電電壓不足(<4.0V)，欠電壓鎖定，即進入關機模式；如供電電壓正常，則對電池包進行溫度測試，溫度過高，溫度故障，則返回上一程式，輸出報警；如電池包溫度正常，自動作充電模式予先調整測試，VMIN>VBAT ,采用低電流充電模式；當VBAT>VMIN，進行電流狀態測試，VMAX>VBAT，采用恒流充電模式；VMAX

AAT3680涓流充電
當鋰電池的初始電壓很低時或鋰電池在充電過程中升溫太快時，自動改用微小電流的涓流充電模式，既可保護鋰電池又可有效降低充電中的鋰電池溫度。涓流電流是正常可調節充電電流的10%。AAT3680特有的2倍涓流充電功能可以在安全模式下縮短涓流充電時間。連接T2X腳到VSS，即可獲得一個是常規涓流充電電流2倍的快速涓流充電功能。利用MCU可以設計編制涓流、2倍涓流、恒流、恒壓充電程控。

AAT3680充電程序
AAT3680的鋰電池充曲線如圖3所示，充電開始時如電池電壓過低，則先采用涓流充電，當鋰電池具有一定電流、電壓，即進入恒流充電模式，鋰電池的電壓逐漸升高，當鋰電池電壓升高到4.0V(VCH=4.1V)或4.1V(VCH=4.2V)時轉入恒壓充電模式，充電電流逐漸減少，當電壓、電流都已達到予置目標值時，充電程序結束。

AAT3680充電狀態輸出
AAT3680經由STAT功能腳提供一個電池充電狀態輸出，其特點是一個開放的串行數據輸出，可以輸出顯示五種不同狀態功能。將STAT腳通過一個LED和VP連接，AAT3680每次輸出一組有四個周期長的信息，可以表達電池充電的某一狀態。通常情況下，每一個輸出周期長1秒，因而一組狀態信息需要4秒的時間通過一個LED去顯示。可以用LED亮暗來顯示休眠/充滿、溫度故障、充電調整、恒流模式、恒壓模式五種不同的狀況(表2)。
將STAT腳連接系統的微處理器，可用微處理器讀取這些信息，由于是計算機來讀取而非人工識別，每個周期的輸出速度將提高到40us，這樣一組狀態信息能在160us中讀取。

AAT3680應用實例
AAT3680的實際應用十分方便而簡單，周邊器件很少。典型應用如圖4。
感測電阻RSENSE是在充電狀態下，利用充電電流流經時產生的壓降監控充電電流，由此獲得充電電流的反饋，可用下式計算：
RSENSE=VSENSE / IREG
其中，IREG 為預期的充電流。RSENSE 的監控電流直接輸入AAT3680的監控電流輸入端(CSI)。
電池的溫度監測是通過測量TS與VSS引腳間的電壓實現對電池溫度的連續監測，把電池包內的熱敏電阻作為溫度傳感器，輸出信號經RT1和RT2分壓，將該電壓輸入AAT3680的溫度感測比較器，與內部的門限電壓相比較，以決定是否允許充電。由于外部的分壓和內部的門限電壓均以VP為參考，從而保證溫度檢測電路不受工作電源VP的波動影響。
Q1可選用PNP晶體管和P-MOSFET，主要作為向鋰電池提供充電電流的通道，如圖2所示使用ZETEX的FZT788B，其基極電位受AAT3680的DRV腳控制，以按實時需要改變充電電流。
AAT3680可應用在手機、PDA、DSC、手持儀器、座充和臺式充電器。