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          電池充電新方法――USB

          作者: 時(shí)間:2011-06-23 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/178969.htm

            2.4 電路實(shí)例

            圖7所示電路是用于單節(jié)NiMH的開關(guān)模式降壓型調(diào)節(jié)器。它采用DS2712控制器調(diào)節(jié)電流和終止充電。充電控制器監(jiān)視溫度、電壓和電流。如果溫度超過+45°C或者低于0°C,控制器不會對電池充電。

          圖7. 端口對單節(jié)NiMH電池快速充電的原理圖

            如圖7所示,Q1是降壓型充電器的開關(guān)功率晶體管;L1是濾波電感;D1是續(xù)流或整流二極管。輸入電容C1為10?F、超低ESR的陶瓷濾波電容。用鉭電容或者其它電解電容替代C1會使充電器的性能降低。R7是電流調(diào)節(jié)器檢測放大器的檢流電阻。DS2712的基準(zhǔn)電壓為0.125V,并具有24mV滯回。通過CSOUT提供閉環(huán)、開關(guān)模式電流控制。充電控制引腳CC1將Q2的柵極拉低時(shí),使能Q1的柵極驅(qū)動(dòng)。Q1和Q2均為低Vt (柵-源門限電壓)的pMOSFET。CC1和CSOUT均為低電平時(shí),Q2的漏-源電壓將稍大于Vt。該電壓以及CSOUT的正向壓降構(gòu)成了Q1的柵極開關(guān)電壓。CC1為低電平時(shí),啟動(dòng)電流閉環(huán)控制。圖8所示為啟動(dòng)開關(guān)時(shí)的波形。上方波形是0.125Ω (檢流電阻兩端的電壓,下方波形是Q1漏極至GND的電壓。開始時(shí),當(dāng)Q1打開(CC1和CSOUT均為低電平)時(shí),電感電流向上爬升。當(dāng)電流增大到使檢流電阻兩端的電壓達(dá)到0.125V時(shí),CSOUT變?yōu)楦唠娖?,開關(guān)關(guān)斷。此后,電感電流開始下降,直到檢流電阻兩端的電壓達(dá)到約0.1V,CSOUT又變?yōu)榈碗娖?。只要CC1為低電平,該過程將一直持續(xù)。

          圖8. NiMH充電器的啟動(dòng)波形

            DS2712的內(nèi)部狀態(tài)機(jī)控制著CC1的工作。充電開始時(shí),DS2712先對電池進(jìn)行狀態(tài)測試,以確保電池電壓在1.0V至1.65V之間,并確認(rèn)溫度在0°C至+45°C之間。如果電壓低于1.0V,DS2712將以0.125的占空比拉低CC1,對電池緩慢充電,以防損壞電池。一旦電池電壓超過1.0V后,狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)為快充模式??斐鋾r(shí)占空比為31/32,即大約97%。“跳過”的間隙內(nèi)進(jìn)行電池阻抗測試,以確保不會對錯(cuò)誤放入充電器的高阻抗電池(例如堿性電池)進(jìn)行充電。檢測到-2mV的-ΔV后,快充結(jié)束。如果未檢測到-ΔV,將持續(xù)快充,直到快充定時(shí)器超時(shí),或檢測到過溫或者過壓故障狀態(tài)(包括阻抗不合格)為止??斐渫瓿桑ㄓ捎?ΔV或快充定時(shí)器超時(shí)) 后,DS2712進(jìn)入定時(shí)補(bǔ)足充電模式,占空比為12.5%,持續(xù)時(shí)間為所設(shè)快充定時(shí)的一半。補(bǔ)足充電完成后,充電器進(jìn)入維持模式,占空比為1/64,直到電池被拿走或重新上電。

            采用圖7所示充電器和大功率端口對2100mAh NiMH電池充電時(shí),快充時(shí)間為2小時(shí)多一點(diǎn),大約3個(gè)小時(shí)完成包括補(bǔ)足充電在內(nèi)的全部充電過程。從端口吸取的電流為420mA。如果需要與主機(jī)進(jìn)行枚舉過程,并需要大電流使能操作,可在R9和地之間串聯(lián)一個(gè)開漏極nMOSFET。如果MOSFET關(guān)斷,則TMR浮空,DS2712進(jìn)入掛起狀態(tài)。

            3 總結(jié)

            對于小型消費(fèi)類電子設(shè)備的電池充電而言,USB端口是一個(gè)經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的電源。為完全符合USB 2.0規(guī)范,連接在USB端口上的負(fù)載必須能夠與主機(jī)進(jìn)行雙向通信。負(fù)載也必須符合電源管理要求,包括低功耗模式,以及便于主機(jī)確定何時(shí)需要從端口吸取大電流的手段。盡管部分兼容的系統(tǒng)能夠適應(yīng)大部分USB主機(jī),但有時(shí)會出現(xiàn)意想不到的結(jié)果。只有很好地理解USB規(guī)范要求和負(fù)載的期望,才能在對于規(guī)范的兼容性與負(fù)載復(fù)雜度之間取得較好的平衡。


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