基于UCC3957的鋰離子電池充電保護集成電路

UCC3957的各引腳功能如下：

引腳1VDD：該引腳為UCC3957的電源供電輸入引腳，輸入電壓范圍為6.5~20V，與電池組的高電位端連接。

引腳2CLCNT：該引腳為設定UCC3957工作在三節或四節電池充電工作狀態(tài)的引腳。

引腳3WU：該引腳為當UCC3957處于休眠工作狀態(tài)時(shí)，在此腳加信號可喚醒UCC3957進(jìn)入正常工作狀態(tài)，此引腳應接到N溝道電平轉移MOSFET晶體管的漏極。

引腳4AN1：該引腳為與最高電位的第1節電池的負極及第2節電池正極相連的引腳。

引腳5AN2：該引腳為最高電位的第2節電池的負極及第3節電池正極相連的引腳。

引腳6AN3：該引腳為最低電位的第3節電池的負極及第4節電池正極相連的引腳，當只有3節電池時(shí)與電池組的低電位端及AN4引腳相連。

引腳7和11引腳AN4：該引腳與電池組的低電位端相連，并和電流檢測電阻的高電位端連接。

引腳8BATLO：該引腳為與電池組的負電位端連接的引腳，同時(shí)和電流檢測電阻的低電位端相連接。

引腳9CHGEN：該引腳為充電使能引腳，該引腳為高電平時(shí)電池組開(kāi)始充電。

引腳10CDLY1：該引腳為短路保護的延遲時(shí)間控制引腳，在該引腳與AN4引腳間連接電容的數值決定過(guò)電流的時(shí)間，當過(guò)電流時(shí)控制放電MOSFET晶體管的關(guān)斷時(shí)間，電容的數值也決定打嗝兒過(guò)電流保護的時(shí)間。

引腳12CHG：該引腳為連接外接可控制N溝道MOSFET晶體管的引腳，而該外接N溝道MOSFET晶體管又可以用來(lái)驅動(dòng)外接P溝道MOSFET管，如果有任一節電池電壓高于過(guò)電壓保護閥值電位，則該引腳相對AN4引腳被置低電位；只有當所有被充電的單節電池電壓低于該閥值電位，則該引腳置高電位。

引腳13DCHG：該引腳為用于預防電池過(guò)放電的引腳。如果UCC3957內部的工作狀態(tài)檢測器判斷到任一節電池處于欠電壓狀態(tài)，則引腳DCHG被置高電位以使外部放電P溝道MOSFET晶體管關(guān)斷，但當所有電池的電壓高于最低閥值電位時(shí)，引腳DCHG被置低電位。

引腳14CDLY2：該引腳與AN4引腳之間接一只電容，以延長(cháng)第二級過(guò)電流保護的保護設定時(shí)間。

引腳15AVDD：該引腳與為內部模擬電路電源的供電引腳，通過(guò)0.1μF電容與AN4引腳相連，正常工作電壓為7.3V.

引腳16DVDD：該引腳與為內部數字電路電源的供電引腳，通過(guò)0.1μF電容與AN4引腳相連，正常工作電壓為7.3V.

UCC3957的工作原理與典型應用電路

1、UCC3957的工作原理

UCC3957可以對3節或4節鋰電池組提供防止電池過(guò)充電、過(guò)放電及過(guò)電流充、放電等故障的全面保護功能，它對電池組內的每一節電池電壓采樣并與內部的精密基準電壓進(jìn)行比較，當任一節電池處于過(guò)電壓或欠電壓狀態(tài)時(shí)，UCC3957就會(huì )采取適當的措施防止電池進(jìn)一步充電或放電。UCC3957外部接有2個(gè)獨立的P溝道MOSFET晶體管，分別控制電池的充電和放電電流。

下面以圖4為例，介紹其采用UCC3957的4節鋰電池充電保護電路特點(diǎn)。

1.電池組的連接

電池組與UCC3957連接要注意它的順序。電池組的低電位端連接到引腳7AN4，高電位端連接到引腳VDD，每?jì)晒濍姵氐倪B接點(diǎn)按相應順序連接到引腳4AN1、5AN2、6AN3.

2.選擇3或4節電池充電工作狀態(tài)

當電池組為3節電池時(shí)，引腳2CLCNT應連到引腳16DVDD，同時(shí)將引腳6AN3與引腳7AN4連到一起，當電池組為4節電池時(shí)，引腳2CLCNT接地（即連到引腳7AN4），AN3引腳接至電池組最下面一只電池的正極。

3.欠電壓保護

當檢測到任一節電池處于過(guò)放電狀態(tài)時(shí)（低于欠電壓閥值電位），狀態(tài)檢測器同時(shí)關(guān)斷2只MOSFET晶體管，使UCC3957進(jìn)入休眠工作模式，此時(shí)UCC3957的耗電僅為3.5μA，只有當引腳3WU的電壓升到1VDD后，UCC3957退出休眠工作模式。

4.電池充電

當充電器接入充電電源器時(shí)，只要引腳9CHGEN的電壓被拉到16DVDD，充電FET晶體管VT1導通，電池組充電。但是如果引腳9CHGEN開(kāi)路或連到引腳7AN4，則充電FET晶體管VT1關(guān)斷。充電期間，如果UCC3957處于休眠工作模式，則放電FET晶體管VT2仍然關(guān)斷，充電電流流過(guò)放電FET晶體管VT2的體二極管；直到每節電池的電壓高于欠電壓閥值電壓，則放電FET晶體管VT2導通。休眠工作期間，充電FET晶體管VT1處于周期性的導通和關(guān)斷方式，導通時(shí)間為7ms，關(guān)斷時(shí)間為10ms.

5.電池連接不正常保護

UCC3957具有被充電電池盒內電池連接不正常的保護功能。如果和電池連接的引腳4AN1、5AN2或6AN3連接不正常、斷連接，UCC3957可以檢測到并可預防電池組過(guò)充壓。

6.過(guò)電壓保護與智能放電特性

如果某一電池充電電壓超過(guò)正常過(guò)充電閥值電位，則充電FET晶體管VT1關(guān)斷，以防止電池過(guò)充電。關(guān)斷一直保持到該電池電壓降低到過(guò)充電閥值電位。在大多數保護電路設計中，在該過(guò)電壓保護帶（在正常值∽過(guò)充電閥值之間，或反之，在過(guò)充電閥值∽正常值之間），充電FET晶體管VT1一直處于保護的完全關(guān)斷工作狀態(tài)，此時(shí)放電電流必須通過(guò)充電FET晶體管VT1的體二極管，該二極管的壓降高達1V，從而在充電FET晶體管VT1內產(chǎn)生極大的功耗，消耗寶貴的電池功率。

UCC3957具有獨到的智能放電特性，它可使充電FET晶體管VT1對放電電流導通（僅對放電而言）而仍然處于過(guò)電壓回差范圍之內。這樣就大大減少了充電FET晶體管VT1上的功耗。這一措施是通過(guò)采樣流經(jīng)電流檢測電阻RSENES上的電壓降來(lái)完成的，如果這個(gè)電壓降超過(guò)15mV（0.025Ω電流檢測電阻對應0.6A的放電電流），則充電FET晶體管VT1再次導通。此例中，若20mW的FET晶體管，其體二極管電壓降為1V，對應為1A負載，則VT1的功耗由1W降至0.02W.

7.過(guò)電流保護

UCC3957采用二級過(guò)電流保護模式保護電池組的過(guò)充電電流和電池組短路，當電流檢測電阻RSENSE（接在引腳AN4與引腳BATLO之間）上的電壓降超過(guò)某一閥值電位時(shí)，過(guò)電流保護進(jìn)入打嗝兒保護工作模式。在這一工作模式時(shí)，放電FET晶體管VT2周期性地關(guān)斷與導通，直到故障排除。一旦故障排除，UCC3957自動(dòng)恢復正常工作。

為了適應大的容性負載，UCC3957有兩個(gè)過(guò)電流閥值電壓，對應每一閥值電壓可以設定不同的延遲時(shí)間。這種二級過(guò)電流保護既可對短路提供快速的響應，又可使電池組承受一定的浪涌電流。這樣可防止由于濾波電容較大而引起不必要的過(guò)電流誤保護動(dòng)作。

第一級過(guò)電流保護閥值電位為150mV，對應0.025Ω的電流檢測電阻，過(guò)電流閥值為6A.如果峰值放電電流持續時(shí)間超過(guò)該值所設定的時(shí)間（由接在CDLY1和地之間的電容設定），UCC3957進(jìn)入打嗝兒保護工作模式。打嗝兒保護工作模式時(shí)的占空比約為6%，即關(guān)斷時(shí)間大約是導通時(shí)間的17倍。

第二級過(guò)電流閥值電位為375mV，對應0.025Ω電流檢測電阻，過(guò)電流閥值為15A.如果峰值放電電流超過(guò)該電位值所設定的時(shí)間（由接在CCDLY2和地之間的電容設定），UCC3957進(jìn)入打嗝兒保護工作模式，并且占空比一般小于1%.而關(guān)斷時(shí)間tOFF仍然由接在CCDLY1與地之間的電容決定。這一技術(shù)大大地降低了短路時(shí)FET晶體管VT2上的功耗，從而降低了對FET晶體管VT2的使用要求。

當CDLY1=0.022μF時(shí)，則對應第一級過(guò)電流的（當電流大于6A而小于15A時(shí)）導通時(shí)間tON大約為大約10ms，關(guān)斷時(shí)間tOFF大約為160ms，占空比為5.9%；當電流超過(guò)15A時(shí)如果不用CDLY2，則第二級過(guò)電流保護的占空比為0.1%；如果CDLY2取22PF時(shí)，則對應的導通時(shí)間為800μs，占空比為0.5%.