采用ADP3810的锂离子电池具有高精度电压输出

锂离子（Li-Ion）电池在便携式系统中越来越受欢迎，因为它们具有与旧式NiCad和NiMH化学品相同尺寸和重量的增加容量。例如，配备有锂离子电池的便携式计算机可以比配备有镍氢电池的类似计算机具有更长的操作时间。但是，设计锂离子电池系统需要特别注意充电电路，以确保快速，安全和完整的电池充电。

新型电池充电IC ADP3810专门设计用于控制1至4节锂离子电池的充电量。提供四种高精度固定最终电池电压选项（4.2 V，8.4 V，12.6 V和16.8 V）;他们保证±1％的最终电池电压规格对锂离子电池充电非常重要。配套器件ADP3811与ADP3810类似，但其最终电池电压可由用户编程，以适应其他类型的电池。两个IC都精确地控制充电电流，以实现1安培或更高电流的快速充电。此外，它们都具有精密2.0V基准电压源和直接光耦合器驱动输出，适用于隔离应用。

锂离子充电：锂离子电池通常需要恒流，恒压（CCCV）型充电算法。换句话说，锂离子电池应以设定电流水平（通常为1至1.5安培）充电，直至达到其最终电压。此时，充电器电路应切换到恒定电压模式，并提供将电池保持在此最终电压所需的电流（通常为每个电池4.2 V）。因此，充电器必须能够提供稳定的控制回路以便维持根据电池的状态，电流或电压是恒定值。

充电锂离子电池的主要挑战是实现电池的全部容量而不会过度充电，这可能会导致灾难性的失败。误差很小，只有±1％。过度充电超过+ 1％可能导致电池故障，但充电不足超过1％会导致容量降低。例如，锂离子电池充电电量仅为100 mV（4.2 V锂离子电池为-2.4％），导致容量损失约10％。由于误差空间很小，因此充电控制电路需要高精度。为了达到这个精度，控制器必须具有精密电压基准，低偏移高增益反馈放大器和精确匹配的电阻分压器。 。所有这些元件的组合误差必然导致整体误差小于±1％。结合这些元件的ADP3810可确保±1％的整体精度，使其成为锂离子充电的绝佳选择。

ADP3810和ADP3811：图1显示了简化CCCV充电器电路中ADP3810 / 3811的功能框图。两个“ g m ”放大器（电压输入，电流输出）是IC性能的关键。 GM1通过分流电阻R CS 检测和控制电荷电流，GM2检测并控制最终电池电压。它们的输出连接在模拟“或”配置，两者都设计成它们的输出只能拉起公共COMP节点。因此，电流放大器或电压放大器在任何给定时间都控制充电回路.COMP节点是由“ g m ”输出级（GM3）缓冲，其输出电流直接驱动DC-DC转换器控制输入（通过隔离应用中的光耦合器） ）。

ADP3810包含精密薄膜电阻，可精确分压电池电压，并将其与内部2.0V基准电压进行比较。 ADP3811不包括这些电阻，因此设计人员可以根据下面的公式使用外部电阻对对任何最终电池电压进行编程。缓冲放大器提供高阻抗输入，使用VCTRL输入对充电电流进行编程，欠压锁定（UVLO）电路确保平稳启动。

了解“OR”配置，假设完全放电的电池插入充电器。电池的电压远低于最终充电电压，因此GM2的VSENSE输入（连接到电池）使GM2的正输入远低于内部2.0V参考电压。在这种情况下，GM2想要将COMP节点拉低，但它只能拉高，因此它对COMP节点没有影响。由于电池耗尽，充电器开始增加充电电流，电流环路得到控制。充电电流在0.25欧姆电流分流电阻（RCS）上产生负电压。 GM1通过20kΩ电阻（R3）检测该电压。在平衡时，（ I CHARGE R CS ）/ R 3 = -V CTRL / 80 kohms。因此，充电电流保持在

如果充电电流趋于超过编程电平，则GM1的V CS 输入被强制为负，从而驱动输出GM1高电平。这反过来拉起COMP节点，增加输出级的电流，减少dc / dc转换器模块的驱动（可以用各种拓扑结构实现，如反激，降压或线性级） ，最后，降低充电电流。这种负反馈完成了充电电流控制环路。

当电池接近其最终电压时，GM2的输入达到平衡。现在GM2将COMP节点拉高并且输出电流增加，导致充电电流减小，保持 V SENSE 和 V REF 相等。充电回路的控制已从GM1变为GM2。由于两个放大器的增益非常高，从电流到电压控制的过渡区域非常尖锐，如图2所示。该数据是在图3的离线充电器的10V版本上测量的。

完整的离线锂离子充电器图3显示了使用ADP3810 / 3811的完整充电系统。这款离线式充电器采用经典的反激式架构，可实现紧凑，低成本的设计。该电路的三个主要部分是初级侧控制器，功率FET和反激式变压器以及次级侧控制器。此设计使用直接连接到电池的ADP3810为2节锂离子电池充电在0.1至1A的可编程充电电流下，输入电压范围为70至220 V.这里使用的初级侧脉冲宽度调制器是工业标准3845，但也可以使用其他PWM组件。 。充电器的实际输出规格由ADP3810 / 3811控制，保证最终电压在±1％以内。

ADP3810 / 3811控制输出的电流驱动直接连接到照片 - 没有附加电路的光耦合器的二极管。其4 mA输出电流能力可驱动各种光耦合器 - 此处使用MOC8103。光电晶体管的电流流过R F ，设置3845 COMP引脚的电压，从而控制PWM占空比。受控开关稳压器的设计使得来自光耦合器的增加的LED电流减少了转换器的占空比。

来自ADP3810 / 3811的信号控制平均电荷电流，初级侧应具有开关电流的逐周期限制。必须设计该电流限制，使得在次级电路或光耦合器出现故障或故障的情况下，或者在启动期间，主电源电路组件（FET和变压器）不会过度应力。当次级侧V CC 升至2.7 V以上时，ADP3810 / 3811接管并控制平均电流。初级侧电流限制由连接在功率NMOS晶体管，IRFBC30和地之间的1.6欧姆电流检测电阻设置。

二次侧核心ADP3810 / 3811设定充电器的整体精度。整流只需要一个二极管（MURD320），不需要滤波电感。当输入电源断开时，二极管还可以防止电池反向驱动充电器。当没有电池时，1000μF电容（CF1）可以保持稳定性。 RCS检测平均电流（见上文），ADP3810直接连接（或通过分压器的ADP3811）到电池，以检测和控制其电压。

使用此电路，完整的离线Li-实现了离子电池充电器。反激式拓扑结构将AC / DC转换器与充电器电路相结合，实现了紧凑，低成本的设计。该系统的精度取决于二次侧控制器ADP3810 / 3811。该器件的架构也适用于其他电池充电电路。例如，通过配对ADP3810和ADP1148，可以轻松设计标准DC-DC降压型充电器。简单的线性充电器也可以仅使用ADP3810和外部传输晶体管进行设计。在所有情况下，ADP3810的固有精度控制着充电器，并保证锂离子充电所需的最终电池电压为±1％。