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平芯微PW4242中文规格书

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概述(百度翻译)
PW4242 是一款高输入,降压型三节锂电池充电管理集成电路, PW4242 具有涓流,恒流和恒压充电模式,适合锂电池充电管理。在恒压充电模式, PW4242 将电池电压默认在 8.4V,也可以通过外设增加一个外部电阻 RBAT 向上轻微升高;在恒流充电模式,充电电流通过一个外部电阻设置。 对于过放电的锂电池,当电池电压较低时,进行涓流充电。在恒压充电阶段,充电电流逐渐减小,当充电电流降低到设置的恒流充电电流的 16%时,充电结束。在充电结束状态,如果电池电压下降到再充电电压时,自动开始新的充电周期。当输入电压低于电池电压时,PW4242 自动进入睡眠模式。 IC 具有输入低电压锁存,电池端过压保护和充电状态指示等。
特点
⚫ 支持 12V, 18V, 24V 等输出的适配器供电
⚫ 宽输入电压范围: 6.6V 到 30V
⚫ 充电电流可达 3A
⚫ 开关频率: 300KHz
⚫ 充电电压精度: ±1%
⚫ 充电电流由外部检测电阻 RCS 设置
⚫ 涓流充电, 自动再充电功能
⚫ 双 LED 状态指示
⚫ 软启动功能
⚫ 电池端过压保护
⚫ 封装形式: SSOP10
应用
⚫ 手持设备
⚫ 便携式仪器
⚫ 电动工具产品
⚫ 电池充电器
典型应用电路

注意: L1 计算公式位于第 8 页, Q1 选型位于第 6 页, RCS 计算公式:
恒流充电电流𝐼𝐶𝐻(𝐴) = 120𝑚𝑉 ÷ 𝑅𝐶𝑆(𝑚𝛺)
参考电路
1,(VIN=15V,充电电流=1A)

2,(VIN=20V,充电电流=2A)

注: 15V 低输入时, R1 可短接;当电路板空间允许时, C5 用电解电容更佳; RBAT 阻值可微上调充电电压,不用可短接。 R1,C2封装采用 0805。
设计简要:
1, 在典型应用电路图中的加二极管 D2 可用来防止电池电流倒流,防止在输入电源掉电压过低时消耗电池的能量, 同时可降低芯片在睡眠工作状态时的功耗,不加 D2 大约 51uA。

2, 当高输入电压或大充电电流的情况下,如果 PCB 布局布线不合理,或者二极管, Q1 场效应晶体管的寄生电感比较大,在 Q1 场效应晶体管导通或关断瞬间,会产生几十兆赫兹以上的高频振荡, 除了改进 PCB 布局布线以外, 为了抑制高频辐射,可以增加高频抑制电路, 如图中的 R5 和 C4.

3, 在 VFB 管脚和 VBAT 管脚之间串接一个电阻 RBAT,可以提高恒压充电电压, 以抵消电池内阻和连线电阻的电压降,使得电池充电更饱满, 如下图,计算公式: VREG(V) = 8.4+ 8.996× 10-6× RBAT(Ω)当使用电阻 RBAT 调整充电电压时,由于芯片内部和外部的电阻特性差异及生产时的工艺偏差等原因,可能导致恒压充电电压的精度变差和温度系数变大。 电阻 RBAT 越大,其影响越明显。

PCB 设计指导:
1, 输入滤波电容 CIN 正极要靠近 Q1 场效应晶体管的(S 极)源极;
2, 二极管 D1 和 D2 须靠近电感 L1, 电流检测电阻 RCS 尽量靠近电感 L1;
3, 输出电容 CBAT 靠近电流检测电阻 RCS;
4, CIN,Q1,D1,D2,L1,RCS 的引线要尽量短;
5, Q1, D1, L1 的共同连接处,要尽量面积小,同时够宽可以保证电流通过;
6, 2 脚 GND 管教和 6 脚 COMP 管教的接地端,单独接到系统地, 避免开关噪声影响回路的稳定性;
7, CIN, D1 和 CBAT 三个器件的接地端,要在同一层, 并先接到一起,再接回系统地;
8, 电流检测电阻 RCS 的放置要靠近第 8 管脚和第 7 管脚,并与 IC 在同一层板面。
管脚描述


关联电路参考推荐芯片:
1, 锂电池保护板电路: PW7052。
2, 锂电池升压电路: 9V/2A,12V2A 推荐 PW5012。
3, 锂电池降压电路: PW2162(2A), PW2163 3A), PW2335 (3A)。
4, LDO 低功耗稳压 IC 电路: PW6566; 18V 耐压 2uA: PW6218; 40V 耐压 4uA: PW6206 和 PW6513, 80V 耐压 2uA: PW8600。
5, LED 驱动电路: PW4189, PW4115
6, MOS 管相关推荐: PW2300, PW2302A, PW2301A, PW3400A, PW3401A, PW8206A6S, PW8206A8TS, PW3428


MAX 参数

电气特性
(VCC= 15V, TA=- 40℃ 到 85℃,除非另有注明)


详细描述
PW4242 是 PWM 降压型三节锂电池充电管理集成电路,具有涓流,恒流和恒压充电模式。恒流充电电流由 CSP 管脚和 VBAT 管脚之间的电流检测电阻 RCS 设置。在恒压充电模式,恒压充电电压可以通过 VBAT 管脚和 VFB 管脚之间的电阻向上调整;当 VBAT 管脚直接连接到 VFB 管脚时,恒压充电电压为 8.4V,精度为 1%。当 VCC 管脚电压大于低压锁存阈值,并且大于电池电压时, PW4242正常工作。如果电池电压低于涓流充电阈值,充电器自动进入涓流充电模式,此时充电电流为所设置的恒流充电电流的 17.5%。当电池电压大于涓流充电阈值,充电器进入恒流充电模式,此时充电电流由内部的 120mV 基准电压和一个外部电阻 RCS 设置,即充电电流为 120mV/RCS。当电池电压继续上升接近恒压充电电压时,充电器进入恒压充电模式,充电电流逐渐减小。在充电状态,漏极开路输出 管脚内部的晶体管导通,输出低电平,以指示充电状态。当充电电流减小到恒流充电电流的 16%时,充电结束, DRV 管脚输出高电平。漏极开路输出 管脚内部的晶体管关断,输出为高阻态;另一个漏极开路输出 管脚内部的晶体管导通,输出低电平,以指示充电结束状态。在充电结束状态,如果断开输入电源,再重新接入,将开始一个新的充电周期;如果电池电压下降到再充电阈值,那么也将自动开始新的充电周期。 当输入电压掉电时, PW4242 自动进入睡眠模式,内部电路被关断。
PW4242 内部还有一个过压比较器,当 VBAT 管脚电压由于负载变化或者突然移走电池等原因而上升时,如果 VBAT 管脚电压上升到恒压充电电压的 1.07 倍时,过压比较器动作,关断片外的 P 沟道 MOS 场效应晶体管,充电器暂时停止,直到 VBAT 管脚电压回复到恒压充电电压的 1.02 倍以下。 在某些情况下,比如在电池没有连接到充电器上,或者电池突然断开, VBAT 管脚的电压可能会达到过压保护阈值,此为正常现象。
应用信息
低电压锁存 (UVLO)
芯片内部的低电压锁存电路监测输入电压,当输入电压低于 6.5V(MAX 大值)时,内部电路被关断,PW4242 被禁止工作。
涓流充电
在充电状态,如果电池电压低于恒压充电电压的 66.5%(典型值)时,充电器进入涓流充电模式,此时充电电流为恒流充电电流的 17.5%。
恒流充电电流的设置
恒流充电电流由下式决定:
恒流充电电流𝐼𝐶𝐻(𝐴) = 120𝑚𝑉 ÷ 𝑅𝐶𝑆(𝑚𝛺)
充电结束
在恒压充电模式,充电电流逐渐下降, 当充电电流下降到恒流充电电流的 16%时,充电过程结束,外部 P 型场效应晶体管被关断,充电电流变为零。
自动再充电
充电结束以后,如果输入电源和电池仍然连接在充电器上,由于电池自放电或者负载的原因, 电池电压逐渐下降,当电池电压降低到恒压充电电压的 95.5%时, IC 自动进入充电状态,开始新的充电周期,这样可以保证电池的饱满度保持在 80%以上。
状态指示
PW4242 有两个漏极开路状态指示输出端: CHRG 管脚和 DONE 管脚。在充电状态,管脚被内部晶体管下拉到低电平,在其它状态 管脚为高阻态。在充电结束状态, 管脚被内部晶体管下拉到低电平,在其它状态, 管脚为高阻态。
当电池没有接到充电器时, PW4242 将输出电容充电到恒压充电电压或略高一点,并进入充电结束状态,由于 VBAT 管脚的工作电流对输出电容的放电效应, VBAT 管脚的电压将慢慢下降到再充电阈值, PW4242 再次进入充电状态,这样在 VBAT 管脚形成一个锯齿波形,同时 输出脉冲信号表示没有安装电池。当不用状态指示功能时,将不用的状态指示脚接到地。
下表列明了两个状态指示端口对应的充电器状态。这里假设 LED1 连接到 CHARG 管脚, LED2 连接到 DONE 管脚,其连接方式如图 1 所示。


外部功率管 Q1 驱动
PW4242 的 DRV 管脚用于驱动片外 MOS 场效应晶体管的栅极,该管脚能够提供比较大的瞬态电流以快速开启和关断片外 MOS 场效应晶体管。在驱动 2nF 的负载情况下,上升时间和下降时间典型值为 30nS。一般来讲,一个导通电阻为 35 毫欧, 30V 的 MOS 场效应晶体管的等效电容大约为2nF。 PW4242 内部有钳位电路,以保证 DRV 管脚的低电平比 VCC 管脚的电压低 8V(MAX 大值)。比如,假设 VCC 的电压为 20V,那么 DRV 管脚的低电平为 MAX 小 12V。
回路补偿
为了保证电流调制回路和电压调制回路的稳定性,需要从 COMP 到地之间串联连接一个 120Ω 的电阻和一个 220nF 的瓷片电容。
电池连接检测
PW4242 没有电池连接检测功能。当电池没有连接到充电器上时, PW4242 将输出电容作为电池充电到恒压充电电压或略高后,进入充电结束状态,由于 VBAT 管脚的工作电流对输出电容的放电效应, VBAT 管脚的电压将慢慢下降到再充电阈值, PW4242 再次进入充电状态,充电器将在充电状态和充电结束状态之间循环, 这样在 VBAT 管脚形成一个锯齿状波形,同时输出脉冲信号表示没有安装电池。 建议不要在充电器运行时将电池接入充电器,否则充电器可能处于不确定状态,也可能在短时间内向电池灌入较大电流。
输入电容
输入电容 CIN 对输入电源起滤波作用, 需要吸收在输入电源上产生的纹波电流,所以输入电容必须有足够的额定纹波电流。在 MAX 坏情况下,输入电容的额定 RMS 纹波电流需要达到充电电流的二分之一。
输出电容
为了降低输出端的纹波电压和改善瞬态特性,输出电容 CBAT 应该选择串联等效电阻(ESR)较小的电容。 输出电容建议由下面两个电容并联组成:
1, 电解电容:电容值 10uF
2, 陶瓷电容:电容值在 1uF 到 10uF
输出电容只使用陶瓷电容时,建议使用两至三个 22uF 的陶瓷电容并联,同时耐压选择 25V 起和MAX 小 0805 封装。
电感的选择
在正常工作时,电感瞬态电流是周期性变化的。在 P 沟道 MOS 场效应晶体管导通期间,输入电压对电感充电, 电感电流增加;在 P 沟道 MOS 场效应晶体管关断期间,电感向电池放电,电感电流减小。电感的纹波电流随着电感值的减小而增大,随着输入电压的增大而增大。较大的电感纹波电流会导致较大的纹波充电电流和磁损耗。所以电感的纹波电流应该被限制在一个合理的范围内。
电感的纹波电流可由下式估算:
△ IL = 1 ÷ (0.3 × L) × 8.4 × (1 - 8.4 ÷ VCC)
注意: L 是电感值, VCC 是输入电压
在选取电感值时,可将电感纹波电流限制在△IL≤0.3× ICH, ICH 是充电电流。请留意 MAX 大电感纹波电流△IL 出现在输入电压 MAX 大值和电感 MAX 小值的情况下。
除了上述的公式,电感值应该同时满足下面公式要求:

电感建议为贴片屏蔽电感。
MOSFET 的选择
PW4242 的电路中的 Q1 是一个 P 沟道 MOS 场效应晶体管。选择 MOS 场效应晶体管时应综合考虑转换效率, MOS 场效应晶体管功耗以及 MAX 高温度。在芯片内部,栅极驱动电压被钳位在 6.3V(典型值),可以使用低开启电压的 P 沟道 MOS 场效应晶体管。所以需要留意该 MOS 场效应晶体管的击穿电压 BVDSS 要大于 MAX 高输入电压。
选择 P 沟道 MOS 场效应晶体管时需要考虑的因素包括导通电阻 Rds(on),栅极总电荷 Qg,反向传导电容 CRSS,输入电压和 MAX 大充电电流。MOS 场效应晶体管的 MAX 大功耗可以用下式来近似:

注:
Pd 是 MOS 场效应晶体管的功耗; VBAT 是电池的 MAX 高电压; VCC 是 MAX 小输入电压
Rds(on)是 P 沟道场效应晶体管在室温(25℃)条件下的导通电阻; ICH 是充电电流
dT 是 P 沟道 MOS 场效应晶体管的实际温度与室温(25℃)的温度差
除了前导通损耗 I2Rds(on)外, MOS 场效应晶体管还有开关损耗,开关损耗随着输入电压的增加而增加。 一般来讲,在输入电压小于 20V 时,导通损耗大于开关损耗,应该优先考虑导通电阻比较小的 MOS 场效应晶体管; 在输入电压大于 20V 时,开关损耗大于导通损耗,应该优先考虑反向传导电容 CRSS 比较小的 MOS 场效应晶体管。一般 CRSS 的值在 MOS 场效应晶体管的技术规格书中都有列明,如果没有明确列明该电容值,可由公式 CRSS = QGD/ΔVDS 来估算。MOS 管参考型号: PW3407 和 PW4435 等,用户可根据具体要求来选用其他适合的型号。
二极管的选择
二极管 D1 和 D2 是为肖特基二极管。二极管通过电流能力至少要比充电电流大;二极管的耐压要大于 MAX 高输入电压的要求。
二极管 D1 和 D2 的选择原则为够用即可,如果所选用二极管的通过电流能力或耐压远远超过所需要的值,由于这样的二极管具有较高的结电容,将增加充电器的开关损耗,降低效率。
睡眠模式电池电流
当输入电压掉电或者输入电压低于电池电压时, PW4242 进入睡眠模式。在睡眠模式电池消耗的电流包括:
(1) 流入 VBAT 管脚和 CSP 管脚的电流,大约为 9uA(VBAT= 8V)
(2) 从电池端经过阻流二极管 D2 流到输入电压端的电流,此电流由二极管 D2 的漏电流决定;如果不用二极管 D2,电池电压通过电感, MOS 场效应晶体管的体二极管施加到 PW4242 的VCC 管脚,流入 VCC 管脚电流大约 44uA(VBAT= 8V)。
(3) 从电池端经过二极管 D1 流到地(GND)的电流,此电流由二极管 D1 的漏电流决定。
利用 P 沟道场效应晶体管实现输入电源反接保护和防止电池电流倒流
由于二极管的导通压降,当流经电流比较大时,二极管 D2 的功耗比较大。 我们可以利用 P 沟道场效应晶体管 Q2 代替二极管 D2,即可以防止电池电流倒流,又可以实现输入电源反接保护功能。一般情况下, P 沟道场效应晶体管 Q2 的技术要求是: 漏极与源极的耐压须大于 MAX 大输入电源电压, 源极与栅极的耐压须大于电池电压,导通电阻和 MAX 大漏极电流 Id 满足充电电流的要求。电阻 R4 一般选择 22k 欧姆。

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