锂电池充电电路

智能型锂电池线性充电控制器 CL3201

CL3201适用于手机、PDA、数码相机、手持仪器的台式充电器（座充）对锂电池充电管理的需要，为低成本的手提产品应用而特别设计。CL3201适用于需要调整充电电压和电流的电池，特备2倍涓流充电功能，有一个引脚专用于二倍涓流充电控制。电池充电的温度和充电状态全程监控，当发生过流、短路和过温时，CL3201将自动关闭，从而保护充电器件和电池。使用CL3201设计充电器外围电路十分简单，非常适合于便携式电子产品的紧凑设计需要。CL3201电池充电状况监视输出仅一个引脚，具有五种充电状态输出，可以用单个LED显示电池充电状况，由于是串口输出，也可通过系统的微控制器读取，实施智能监控。CL3201带有电池温度监测功能，利用电池包的温度传感器连续检测电池的温度，当温度超出设定范围时，CL3201会自动关闭对电池的充电或自动切换到涓流充电模式。APCL3201具有自动重新充电、涓流充电、二倍涓流充电、恒流/恒压充电、欠电压自动停止、低功耗休眠模式等多种功能。 CL3201有8脚 MSOP封装；充电电压VCH为配合各种锂电池或一个锂电池，出厂予置有4.2V；适用于-20~+70℃温度范围。

CL3201内部架构及脚位分布：

图1 CL3201内部功能框和脚位图

CL3201是一个片上系统(SoC)，由图1 可以看到它由读取使能微控制器、2倍涓流充电控制器、电流环误差放大器、电压环误差放大器、电压比较器、温度感测比较器、环路选择和多工驱动器、充电状态逻辑控制器、状态发生器、多工器、LED信号发生器、MOSFET、基准电压、电源开机复位、欠电压锁定、过流/短路保护等十多个不同功能的IC整合在一个晶圆上。

图2 CL3201工作流程图

图3 CL3201的锂电池充曲线

图4 CL3201典型应用图

CL3201主要特性与功能

4.5~7V输入电压范围；低的静态工作电流,典型值为0.5mA；可编程充电电流；自动程控充电；电池温度监测；过温保护快速充电选择；电池过放电涓流调整；电池充满自动转换至关机/休眠模式；过压、过流、过温保护；上电复位；LED充电状态输出或系统微控制器串行接口；-20~+70℃温度范围；8脚 MSOP封装。

CL3201的引脚功能如图1所示。

CL3201经由STAT功能脚提供一个电池充电状态输出，其特点是一个开放的串行数据输出，可以输出显示五种不同状态功能

图5 CL3201的 STAT充电状态读取应用电路图

CL3201的 STAT充电状态读取应用电路图

通常情况下，每一个输出周期长1秒，因而一组状态信息需要4秒的时间通过一个LED去显示。可以用LED亮暗来显示休眠/充满、温度故障、充电调整、恒流模式、恒压模式五种不同的状况。T2X脚连接到高电平，设定外部微处理器快读STAT状态时每一个输出周期长40微秒，因而一组状态信息需要160微秒的时间。

CL3201充电器工作流程：

电源接通上电复位，检测供电是否欠电压，如供电电压不足(<4.0V)，欠电压锁定，即进入关机模式；如供电电压正常，则对电池包进行温度测试，温度过高，温度故障，则返回上一程式，输出报警；如电池包温度正常，自动作充电模式予先调整测试，VMIN>VBAT ,采用低电流充电模式；当VBAT>VMIN，进行电流状态测试，VCH>VBAT，采用恒流充电模式；VCH<VBAT，进行电压状态测试，当VBAT<VRCH进入再充电模式调整测试。无论是低电流充电调整，还是恒流、恒压充电模式都连续对电池包监测温度。整个工作流程如图2所示。

CL3201涓流充电

当锂电池的初始电压很低时或锂电池在充电过程中升温太快时，自动改用微小电流的涓流充电模式，既可保护锂电池又可有效降低充电中的锂电池温度。涓流电流是正常可调节充电电流的10%。AP5057特有的2倍涓流充电功能可以在安全模式下缩短涓流充电时间。连接T2X脚到VSS，即可获得一个是常规涓流充电电流2倍的快速涓流充电功能。利用MCU可以设计编制涓流、2倍涓流、恒流、恒压充电程控。

CL3201充电程序

AP5057的锂电池充曲线如图3所示，充电开始时如电池电压过低，则先采用涓流充电，当锂电池具有一定电流、电压，即进入恒流充电模式，锂电池的电压逐渐升高，当锂电池电压升高到4.0V(VCH=4.1V)或4.1V(VCH=4.2V)时转入恒压充电模式，充电电流逐渐减少，当电压、电流都已达到予置目标值时，充电程序结束。

CL3201应用实例

CL3201的实际应用十分方便而简单，周边器件很少。典型应用如图4。

感测电阻RSENSE是在充电状态下，利用充电电流流经时产生的压降监控充电电流，由此获得充电电流的反馈，可用下式计算：

RSENSE=VSENSE / IREG

其中，IREG 为预期的充电流。RSENSE 的监控电流直接输入CL3201的监控电流输入端(CSI)。 电池的温度监测是通过测量TS与VSS引脚间的电压实现对电池温度的连续监测，把电池包内的热敏电阻作为温度传感器，输出信号经RT1和RT2分压，将该电压输入CL3201的温度感测比较器，与内部的门限电压相比较，以决定是否允许充电。由于外部的分压和内部的门限电压均以VP为参考，从而保证温度检测电路不受工作电源VP的波动影响。

Q1可选用PNP晶体管和P-MOSFET，主要作为向锂电池提供充电电流的通道，如图2所示使用

ZETEX的FZT788B，其基极电位受CL3201的DRV脚控制，以按实时需要改变充电电流。