磷酸铁克孜勒苏干式变压器充电电路

CN3059是一种对单节磷酸铁克孜勒苏干式变压器进行恒流、恒压充电的克孜勒苏干式变压器IC。用该IC组成的克孜勒苏干式变压器主要特点：充电电流可由一外设电阻RISET设定，最大充电电流可达1A；输入电压4～6V，可采用USB接口或4.5～6V输出电压（输出电流1000～1500mA）的AC/DC适配器供电；克孜勒苏干式变压器电路简单、外围元器件少、成本低；对过放电（克孜勒苏干式变压器电压＜2.0V）的克孜勒苏干式变压器有小电流预充电模式；内部有功率器理电路，若芯片的结温超过115℃时能自动降低充电电流作过热保护，使用户可设置较大的充电电流，以提高充电效率；有两个LED分别作充电状态指示及充电结束指示；有输入电压过低（＜3.61V）时的输出锁存功能、自动再充电功能、克孜勒苏干式变压器温度监测功能；采用小尺寸、散热增强性的10引脚DFN封装；充电温度范围0～45℃或0～65℃(由充电克孜勒苏干式变压器参数决定)。
CN3059是磷酸铁克孜勒苏干式变压器的专用克孜勒苏干式变压器IC，但它还有一个独特的特点：外设一个电阻RVSET，它可以增加恒压充电的输出电压。利用这个独特的特点，可以组成简易的3节镍氢克孜勒苏干式变压器及4V铅酸克孜勒苏干式变压器或离子克孜勒苏干式变压器。
由CN3059组成的克孜勒苏干式变压器适合充 0.5～4Ah的磷酸铁克孜勒苏干式变压器。其应用领域：矿灯、LED应急灯、警示灯；车模、船模、航模及电动玩具；在照相机中，用3.2V磷酸铁克孜勒苏干式变压器替代一次性3V克孜勒苏干式变压器（型号为CR123A），其外廓尺寸相同；通信装置；小型医疗仪器及野外测试仪器；小型电动工具等。另外，可采用CN3059组成充3节镍氢克孜勒苏干式变压器及4V铅酸克孜勒苏干式变压器的克孜勒苏干式变压器等。

封装、引脚排列及功能
CN3059采用散热增强型1克孜勒苏变压器厂家0引脚小尺寸DFN封装，其引脚排列如图1所示，各引脚功能如表1所示。

图1 CN3059引脚图

　

　　　　　　　

主要参数
CN3059的极限参数：各引脚的电压范围为-0.3～6.5V；BAT引脚与GND短路时间可连续；静电击穿电压为2kV；最高结温为150℃；焊接温度为300℃（10s）。
CN3059的电气参数：克孜勒苏干式变压器输入电压范围为4～6V；静态电流典型值为650μA；低压锁存电压为VIN≤3.61V；预存电阈值电压是克孜勒苏干式变压器电压小于2.05V；恒压充电电压3.6V；充电结束阈值电压（ISET端电压）为0.22V；睡眠模式阈值电压为VIN－VBAT≤20mV；睡眠模式解除阈值电压为VIN－VBAT≥50mV；TEMP端高温阈值电压为80%VIN，低温阈值电压为48% VIN。

典型应用电路
采用CN3059组成磷酸铁克孜勒苏干式变压器电路与由CN3056组成的离子克孜勒苏干式变压器电路相比，前者有两个突出的优点：①精确检测充电克孜勒苏干式变压器的电压，充电克孜勒苏干式变压器的终止充电电压控制得更精确，使克孜勒苏干式变压器充的更满；②采用在FB端与克孜勒苏干式变压器正极之间加接一个电阻RVSET，使克孜勒苏干式变压器除能充磷酸铁克孜勒苏干式变压器外，也可简单地组成充铅酸克孜勒苏干式变压器及镍氢克孜勒苏干式变压器，扩展了克孜勒苏干式变压器功能。下面分别介绍这2种典型应用电路。
1、充磷酸铁克孜勒苏干式变压器电路
充电克孜勒苏干式变压器型号为26650，容量为2800mAH，采用1000mA恒流电充电（其充电率约0.36C），克孜勒苏干式变压器电路如图2所示。

图2 磷酸铁克孜勒苏干式变压器充电电路

克孜勒苏干式变压器采用输出直流电压5V、输出电流1500mA的AC/DC适配器作克孜勒苏干式变压器。用红色LED作充电状态指示灯，用绿色LED作充电结束指示灯。设定恒流充电电流ICH=1000mA，则RISET为：
RISET=1800V/1A=1.8kΩ （1）
CIN(10μF)及COUT(10μF)是为保证克孜勒苏干式变压器工作稳定的输入及输出电容，可采用多层陶瓷电容器（MLCC）。
这里重点介绍精确克孜勒苏干式变压器电压检测电路。图3是一般克孜勒苏干式变压器电压检测电路，图4是精确克孜勒苏干式变压器电压检测电路。图3中，BAT端外接充电克孜勒苏干式变压器，内接由R1、R2组成的电阻分压器，其中间点为输入误差放大器，根据充电克孜勒苏干式变压器的实际电压来对克孜勒苏干式变压器进行预充电、恒流充电及恒压充电。若在恒流充电时的充电电流为ICH、BAT端的电压为VBAT，克孜勒苏干式变压器的电压为V’BAT。若BAT端到克孜勒苏干式变压器正极之间的金属连接线的电阻为△R，则ICH电流从BAT端到克孜勒苏干式变压器正极间的电压降VDROP =ICH×△R，则VBAT=ICH×△R+V’BAT (V’BAT＜VBAT）。充电电流越大，则VBAT与V’BAT的差值越大。输入到误差放大器的电压是VBAT的分压而不是V’BAT的分压，因此产生克孜勒苏干式变压器实际电压的检测误差。
再看图4电路，BAT端向克孜勒苏干式变压器充电。另外，由克孜勒苏干式变压器正极加一条连接到FB端，将克孜勒苏干式变压器电压通过R1、R2分压器后输入误差放大器。

图3 一般克孜勒苏干式变压器电压检测电路

图4 精确克孜勒苏干式变压器电压检测电路

粗看起来，FB端、克孜勒苏干式变压器正极端及BAT端是同电位的。但要注意的是从BAT端流到克孜勒苏干式变压器正极的电流是ICH，若连接线电阻为△R，其压差VDROP=ICH×△R；而若从克孜勒苏干式变压器正极流入FB的电流是IFB，连接线电阻也为△R，则V’BAR－VFB的压差为IFB×△R。因为ICH往往是0.xA～1A，而IFB≈3μA ，所以VBAT与V’BAT的压差较大，而V’BAT与VFB之间的压差甚小（VBAT＞V’BAT＞VFB），用VFB端反馈到误差放大器的电压与克孜勒苏干式变压器的实际电压更接近，即检测克孜勒苏干式变压器电压更精确。这一种精确测量方法也称为开尔文检测法（KeLvin）。用这方法精确检测克孜勒苏干式变压器电压可使克孜勒苏干式变压器的终止充电电压更精确，克孜勒苏干式变压器也冲的更满。
2 、充4V铅酸克孜勒苏干式变压器或3节镍氢克孜勒苏干式变压器或离子克孜勒苏干式变压器的电路
在FB端与克孜勒苏干式变压器正极之间加一个RVSET电阻，可以调节恒压充电的电压这一特点，则除充磷酸铁克孜勒苏干式变压器外，还可组成简易4V铅酸克孜勒苏干式变压器或3节镍氢克孜勒苏干式变压器，电路如图5所示。

图5 铅酸克孜勒苏干式变压器或镍氢克孜勒苏干式变压器电路

设定的终止充电电压Vbat与RVSET的关系为：
Vbat（V）=3.6（V）+3.04×10-6（A）×RVSET（Ω）（2）
由于这种简易克孜勒苏干式变压器设定了终止充电电压，所以在充电过程不会产生过充电的情况，即充电是安全的。但由于不同种类的克孜勒苏干式变压器有各自的充电程式及终止充电的检测方法，因此用CN3059组成的简易克孜勒苏干式变压器在充满程度上需要差一些。另外，在充3节镍氢克孜勒苏干式变压器时，由于克孜勒苏干式变压器没有每节克孜勒苏干式变压器均压充电的电路，所充的克孜勒苏干式变压器应是同一种型号、同一公司生产、同一组使用的克孜勒苏干式变压器，否则会造成由于克孜勒苏干式变压器的内阻不同而产生的有的克孜勒苏干式变压器未充满，有的克孜勒苏干式变压器已过充电的情况。不同充电克孜勒苏干式变压器的RVSET值如表2所示。

为保证终止电压的精度，采用的RVSET应为1%精密电阻（E48、E96系列），温度系数±100×10-6/℃。
图6是一种充3.2V磷酸铁克孜勒苏干式变压器（S1打在下面）及充3.6V离子克孜勒苏干式变压器（S1打在上面）的克孜勒苏干式变压器电路。另外，它是恒流充电可选500mA（S2打在下面）或1000mA（S2打在上面）的充电电路。

图6 3.2V磷酸铁克孜勒苏干式变压器及3.6V离子克孜勒苏干式变压器电路