|
关键词：集成电路；μP控制；充电器
1 Si9731的主要特点
Si9731型电池充电器是一种单片IC，可在系统处理器控制下对3节NiCd/NiMH电池或1节锂离子电池进行脉冲充电。该IC内部的低导通电阻（RSD（CON））的MOSFET可在系统处理器施加的脉冲信号下，通过变化的占空比实现导通和关断，因而在大电流脉冲充电时具有非常小的热耗散。Si9731同时还提供涓流充电模式，可在电池被充到足够高的电压时唤醒处理器以进行充电处理和控制。Si9731内含精密电压参考和误差放大器，因此，也能为锂离子电池提供恒压（CV）充电。
Si9731的主要特点如下：
●可对单节锂离子电池或1-3节NiCd/NiMH电池进行脉冲充电；
●集成有MOSFET，可在截止模式实现双向反向电流阻塞（blocking）；
●具有PWM控制快速充电模式和低电流涓流充电模式；
●通过引脚可选4.1V或4.2V的锂离子电池充电终止限制；
●具有过热、过压和外部关断模式，在关断状态，电池与外部电源完全隔离；
●充电器的输入、输出ESD保护可4kV；
●采用16引脚TSSOP封装，工作温度范围为-40℃~85℃;
Si9731的主要应用领域是蜂窝电话电池充电器和个人数字助理（PDA）中的电源充电等。
2 内部结构和引脚功能
Si9731的引脚排列如图1所示，图2为其内部结构框图及部分外部元件连接方式。其引脚功能如表1所列。
表1 Si9731引脚功能
引 脚 名 称 功 能
1 CHARGERPRESENTIN CHARGERPRESENT（开路漏极）输出的（充电器出现）逻辑输入
2 CHARGERPOWER-ONIN CHARGERPOWER-ONIN（开路漏极）输出的（充电器加电）逻辑输入
3 VCHARGER 3～12V的外部充电器（输入）电压
0N/OFF 主机关闭脚。该脚为低电平，充电器关闭，静态电流低于是μA
5 TRICKLECHARGEEN 选择该脚为高电平，涓流充电失能
6 CVMODE 当MAINCHARGEEN脚为高电平时，一个逻辑高电平能使误差放大器线性驱动MOSFET（Q1）
7 MAINCHAREEEN 在该脚上的一个外部PWM信号控制快速充电MOSFET（Q1）的开/关占空因数
8，10 N/C 该脚不连接外部电路
9 VERF 内部1.3V的精密带隙参考电压，该脚不施加负载
11 GND 低阻抗系统地
12 4.1V-TAP 连接该脚至VBAT+，在恒压模式4.1V充电终止
13 TRICKLE-VBAT 连接在该脚与至VBAT+之间的电阻限制涓流充电电流
14 VBAT+ 充电器输出，连接电池正端
15 CHARGERPOWER-ON （Q4）开路漏极输出
16 CHARGERPRESENT （Q3）开路漏极输出
3 Si9731的充电过程
3.1 涓流充电
充电通路可由Si9731内部的Q1和Q2N沟道MOSFET组成。当电池电压太低、主处理器不能驱动Si9731的7脚和5脚时，Q1截止，以防止快速充电。此时，由于Q2导通，电路可以获得从外部电源VCHARGRE(3脚)到电池的涓流充电通路。涓流充电电流主要由外部电流限制电阻器Rext设定.
公式如下：
ITRICKLE≈(VCHARGER-VBAT+)/Rext
当电池电压充至3.4V的最低电池工作电压时，内部锁存器被触发，15脚的输出将唤醒处理器并使5脚为高电平，其后电路将终止涓流充电并进入快速充电阶段。
3.2 快速充电
用微处理器通过Si9731脚7的控制输入来对电池进行脉冲充电，并通过低导通电阻的Q1（MOSFET）来完成快速充电。处理器通过系统A/D转换器来监视电池电压，并通过改变脉冲充电占空比来维护快速充电。由于脉冲充电具有较短的导通时间和较长的截止时间，因而可承受足够大的充电电流。
当对NiCd或NiMH电池充电时，处理器通过感测VBAT+输出上的△V或dc/dt，或通过监视电池温度变化（△T）来结束快速充电模式。
锂离子电池的充电终止电压为4.1V或4.2V，当4.1V_TAP脚悬空时，可选择4.2V的充电终止电压。而将4.1V_TAP与VBAT+脚连接在一起时，VBAT+的终止电压是4.1V。当电池电压达到4.1V或4.2V的充电终止电压时，Si9731的CVMODE脚保持高电平，充电器进行恒压充电模式。在该充电模式下，电路认可的充电（OTC）信号输出为高电平，与反馈电阻器（RFB1、RFB2和RFB3）串联的Q5导通（接地），为内部误差放大器（E/A）提供反馈电压，并与同相输入端上1.3V的参考电压相比较。E/A产生的输出驱动Q1，使VBAT+保持在充电压上。锂离子电池的充电终止电压为4.1V或4.2V，当4.1V_TAP脚悬空时，可选择4.2V的充电终止电压。而将4.1V_TAP与VBAT+脚连接在一起时，VBAT+的终止电压是4.1V。当电池电压达到4.1V或4.2V的充电终止电压时，Si9731的CVMODE脚保持高电平，充电器进行恒压充电模式。在该充电模式下，电路认可的充电（OTC）信号输出为高电平，与反馈电阻器（RFB1、RFB2和RFB3）串联的Q5导通（接地），为内部误差放大器（E/A）提供反馈电压，并与同相输入端上1.3V的参考电压相比较。E/A产生的输出驱动Q1，使VBAT+保持在充电压上。锂离子电池的充电终止电压为4.1V或4.2V，当4.1V_TAP脚悬空时，可选择4.2V的充电终止电压。而将4.1V_TAP与VBAT+脚连接在一起时，VBAT+的终止电压是4.1V。当电池电压达到4.1V或4.2V的充电终止电压时，Si9731的CVMODE脚保持高电平，充电器进行恒压充电模式。在该充电模式下，电路认可的充电（OTC）信号输出为高电平，与反馈电阻器（RFB1、RFB2和RFB3）串联的Q5导通（接地），为内部误差放大器（E/A）提供反馈电压，并与同相输入端上1.3V的参考电压相比较。E/A产生的输出驱动Q1，使VBAT+保持在充电压上。
3.3 认充电OTC（OK th charge）信号与控制逻辑
Si9731含有使涓流充电模式和快速充电模式工作的默认充电（OTC）信号。为了能对电池充电，OTC信号必须保持在逻辑高电平上。为此，应当满足以下：
（1）电池电压低于5V；
（2）充电器输入电压VCHARGER高于2.6V但低于12.8V；
（3）当Si9731 7脚（MAINCHARGEEN）为低电平时，电压VCHARGER>VBAT+40mV。如果7脚为高电平，则VCHARGER>VBAT-40mV； |
