BQ24450是铅酸蓄电池集成充电控制器

　　特点
　　•在充电过程中调节电压和电流
　　•精密温度补偿基准：
　　–在温度下最大限度地提高电池容量
　　–在超温充电时确保安全
　　•最佳控制，最大限度地提高电池容量和使用寿命
　　•支持不同的配置
　　•最小外部组件
　　•提供16针SOIC（DW）
　　应用
　　•应急照明系统
　　•安全和警报系统
　　•电信备用电源
　　•不间断电源
　　说明
　　bq24450包含所有必要的电路，以优化控制阀控铅酸蓄电池的充电。IC控制充电电流和充电电压，以安全有效地为电池充电，最大限度地提高电池容量和寿命。根据应用，该IC可以配置为简单的恒压浮充控制器或双电压浮充和升压充电控制器。
　　内置精密电压基准特别是温度补偿，以跟踪铅酸电池的特性，并在不使用任何外部元件的情况下，在延长的温度范围内保持最佳充电电压。集成电路低电流消耗允许通过最小化自加热效应来精确监测温度。
　　集成电路可以支持广泛的电池容量和充电电流，仅限于选择外通晶体管。外通晶体管的通用驱动器支持NPN和PNP两种类型，并提供至少25mA的基极驱动。
　　除了电压和电流调节放大器外，该集成电路还配有比较器，可以监控充电电压和电流。这些比较器输入一个内部状态机，对电荷循环进行排序。这些比较器的一些输出可以作为集成电路外部引脚的状态信号。这些状态和控制管脚可以连接到处理器，也可以灵活地连接到独立应用程序。
　　
　　具有预充电功能的双电平浮充升压充电器
　　
　　典型运行性能
　　
　　详细功能描述
　　bq24450包含所有必要的电路，以优化密封铅酸蓄电池的充电。IC控制充电电流和充电电压，以安全有效地为电池充电，最大限度地提高电池容量和寿命。根据应用的不同，集成电路可以以各种方式配置：例如恒压浮充、双电压浮充和升压充电器或双步进电流充电器。
　　只需要一个外通晶体管和最少数量的外部无源元件和集成电路来实现密封铅酸蓄电池的充电器。IC的内部驱动晶体管Q1（见图2）支持NPN和PNP通道晶体管，并提供足够的驱动电流（指定为25mA）以支持广泛的充电速率。
　　驱动晶体管由一个调压环和一个限流环控制（见图2）。当IN引脚和IFB引脚之间的电压增加到VILIM（典型250毫伏）。VRB试图保持电压在VREF的回路上。这两个回路共同构成了一个限流精密恒压系统，这是任何铅酸充电器的核心。调压放大器需要外部补偿电路，这取决于外通晶体管的类型（参见应用信息部分）。
　　bq24450的一个重要特性是精确的参考电压。参考电压经过特殊的温度补偿，以跟踪铅酸电池的温度特性。此外，该集成电路的工作电流很低，仅为1.6mA，最大限度地减少了片内损耗，并通过避免自热效应，实现了对工作环境温度的精确传感。为了充分利用温度补偿基准，集成电路应与电池处于相同的热环境中。
　　还提供了一个欠压锁定电路（见图2）。只要输入电压低于UVLO（典型值为4.5V），该电路就会禁用驱动晶体管。UVLO电路还驱动开路集电极输出PGOOD。
　　集成电路中有电压检测和电流检测比较器。当前检测比较器未提交。当ISNSP和ISNSM引脚之间的差值小于VISNS（25毫伏典型值）时，其集电极开路输出关闭；当差值大于VISNS时，则开启集电极输出。根据应用的不同，这个比较器可用于在升压阶段结束后切换到浮充。电压检测比较器可用于检测电池的电压水平，以启动新的充电循环。
　　锁存器L1和L2构成状态机来控制充电顺序。状态机的内部输入来自UVLO电路和电压检测比较器。提供一个外部输入，即BSTOP引脚。L1和L2锁存器的输出在STAT1和STAT2引脚处可用。BSTOP引脚通过一个10μa的电流源在内部上拉。状态机的状态为：
　　
　　预CHG引脚处有一个小的偏置电流源，为深度放电的电池提供预充电。当CE引脚上的电压低于VREF时，PRE-CHG引脚提供电流。驱动晶体管Q1在预转换电流接通时关闭。
　　详细操作和应用信息
　　一种简单的双电平浮充升压充电器
　　图4显示了bq24450配置为一个简单的双电平浮充和升压充电器。图5显示了正常充电循环中发生的事件序列。在图5中的（1）处，电源接通。只要输入电压VIN低于欠压锁定阈值UVLO，Q2就接通，从而禁用驱动晶体管Q1。当输入电压VIN上升并高于UVLO Q2时，关闭。这使得Q1和外部晶体管QEXT成为可能。同时，Q7打开，锁存器L1被强制复位，锁存器L2被设置（充电状态逻辑的内部结构见图2）。
　　调压放大器试图通过将Q1和QEXT完全打开，将VFB引脚处的电压强制转换为VREF，但限流放大器将充电电流ICHG限制为IMAX-CHG，因此RISNS上的电压通常为VILIM–250mV。因此，IMAX-CHG由以下公式得出：
　　
　　当ICHG流入蓄电池时，蓄电池端子电压升高。VFB引脚上的电压是由RA和RB//RC形成的电阻分压器标定的电池电压（因为Q8处于开启状态）。在（3）时，VFB引脚上的电压超过0.95VREF，电压感应比较器的输出变高。这将强制L2复位，STAT2开启。STAT2指示升压时，此时的电池电压VBI为：
　　
　　除了STAT2在此时改变状态外，充电条件中没有外部可观察到的变化。IMAX-CHG继续流入电池。
　　
　　随着充电的进行，VFB引脚上的电压进一步增加到VREF。此时，电压调节放大器防止VFB针脚处的电压进一步升高，从而使蓄电池电压保持在VBOOST。［图4中的（4）］。
　　
　　ICHG不断流入电池。当蓄电池接近完全充电时，进入蓄电池的电流减小，而蓄电池端子电压保持在V增压。
　　在（5）时，充电电流ICHG减小到一个值，使得RISNS上的电压小于VISNS（典型值为25mV）。
　　
　　Q6在电流感应比较器的输出端关闭。内部电流源将BSTOP引脚拉高，锁存器L1被强制设置，反过来强制L2设置。电压感应比较器上的参考电压现在为0.9VREF。STAT1关闭，电池电压稳定为：
　　
　　只要峰值负载电流小于IMAX-CHG，它将由QEXT供电，电池两端的电压将保持在VFLOAT。但是，如果峰值负载电流超过IMAX-CHG，电池将不得不提供过剩电流，电池端电压将下降。一旦它下降到0.9VREF以下，在图4中的（6），一个新的充电循环开始。此时的电池电压VBAT，VRCH，由以下公式得出：
　　
　　
　　一种改进的预充电双电平浮充升压充电器
　　图4所示充电器电路的问题在于，即使是深度放电的电池，充电也会在满电流水平IMAX-CHG下开始。这有时是危险的，导致电池放气。bq24450可配置为对电池进行预充电，直到电压水平上升到足以在IMAX-CHG下充电的安全水平。
　　在图6的电路中，CE引脚用于检测电池电压。只要CE引脚上的电压低于VREF，启用比较器就会打开Q3和Q4。这将关闭Q1并打开Q5，允许预充电电流IPRE从pre-CHG引脚通过RT流入电池。在下面的等式中，VPRE是内部晶体管Q5和内部二极管之间的电压降。
　　
　　一旦电池电压上升到图7（2）处的安全阈值VTH以上，启用比较器将关闭Q3和Q4，从而关闭Q5并启用Q1。然后QEXT提供IMAX-CHG，之后的电路按前面所述执行。
　　
　　
　　对图6电路的进一步改进
　　在负载电流较低的应用中，通过VBAT分压器的电流可以是负载电流的一个不可忽略的比例。当输入功率被移除时，流过QEXT的电流构成另一个排流路径。图8中的修改修复了这两个问题。
　　DEXT的添加（参见图8）修复了反向电流问题。将电压反馈分压器链返回到PGOOD引脚而不是GND，以确保当输入电源不存在时，分压器不会产生任何电流。（当下降50μA时，PGOOD晶体管的饱和电压通常只有30mV）。
　　
　　更改给定IMAX-CHG的ITAPER值
　　在上面的例子中，ITAPER是IMAX-CHG的10%，因为VILIM是250mV，VISNS是25mV（典型值），并且两者都使用相同的电阻，锥形比较器和电流环放大器。在大多数应用中，将ITAPER设置为IMAX-CHG的10%是非常好的。但是，如果出于某种原因，需要不同的ITAPER值，则可以实现，如图9（a）和图9（b）所示。
　　
　　选择外通晶体管
　　到目前为止，所有的例子都使用PNP晶体管作为外通元件。但是bq24450中的驱动晶体管可以被配置成驱动许多不同类型的通晶体管。本节将介绍一些可能的不同配置。但是，在所有配置中，这些因素都适用：
　　1、外通装置必须具有足够的电压额定值，并且必须具有电流和功率处理能力，以在应用中的最大输入输出差以所需速率充电。
　　2、在所需充电电流下，设备必须有足够的电流增益，以保持驱动电流低于25mA。
　　通过器件的选择和内部驱动晶体管的配置对以下方面有影响：
　　1、最小和最大实际充电电流。
　　2、电流和电压回路的开环增益，因此补偿电容器在补偿管脚处的值。在电池充电应用中，不要求动态响应，下面给出的CCOMP值应能在所有条件下稳定运行。
　　3、集成电路的功耗和自加热。集成电路的热阻通常为100°C/W。可添加外部电阻RP，以分担部分功耗并减少IC的自热。
　　4、运行所需的最小差动电压ΔV（从输入到电池）。
　　下一节介绍了几种拓扑，并给出了每种拓扑的充电电流范围、最小输入输出差ΔV、IC、RP和CCOMP中的功耗PD值。（在下面的表达式中，hFE是外部晶体管的电流增益）。
　　共发射极PNP
　　IMAX-CHG范围：25mA至1000mA
　　最小ΔV:0.5V
　　RP=（VIN（最小值）–2.0V）÷IMAX-CHG×hFE（最小值）
　　PD=（VIN（最大值）–0.7V）÷hFE×IMAX-CHG–（IMAX-CHG）2÷（hFE）2×RP CCOMP=0.1μF
　　
　　具有内驱动器的准达林顿系统的PNP
　　IMAX-CHG范围：25mA至1000mA
　　最小ΔV:2V
　　RP=（VIN（最小值）–VOUT（最大值）÷IMAX-CHG×hFE（最小值）
　　PD=（VIN（最大值）–VOUT–0.7V）÷hFE×IMAX-CHG–（IMAX-CHG）2÷（hFE）2×RP CCOMP=0.01μF至0.047μF
　　
　　外部准达林顿
　　IMAX-CHG范围：0.6A至15A
　　最小ΔV:1.2V
　　RP=（VIN（最小值）–0.7 V）÷IMAX-CHG×hFE1（最小值）hFE2（最小值）
　　PD=（VIN（最大）–0.7 V）÷（hFE1×hFE2）×IMAX-CHG–（IMAX-CHG）2÷（hFE1×hFE2）2×RP CCOMP=0.22μF，470Ω串联电阻接地
　　
　　NPN发射极跟随器
　　IMAX-CHG范围：25mA至1000mA
　　最小ΔV:2.7V
　　RP=（VIN（最小值）–VOUT（最大值）÷IMAX-CHG×hFE（最小值）
　　PD=（VIN（最大值）–VOUT–0.7 V）÷hFE×IMAX-CHG–（IMAX-CHG）2÷（hFE）2×RP CCOMP=0.01μF至0.047μF
　　
　　设计实例
　　本节介绍6V 4Ah密封铅酸蓄电池双电平充电器的设计。该应用是一个系统，其中电池在待机模式下使用，当电池为系统供电时，其负载为250毫安（0.06摄氏度）。
　　电池参数为（见参考文献1和2）
　　最终放电电压 1.75V每个电池 5.25V VTH
　　每个电池浮充电压 2.30V 6.9V VFLOAT
　　升压模式下的电压 2.45V每个电池 7.35V VBOOST
　　充电率-0.05C至0.3C 使用0.15C=600 mA IMAX-CHG
　　VBAT（最小值） 4V
　　滴流充电率 10mA
　　充电器需要在9V到13V的电源电压下工作。因此，最小输入输出差为1.65V。如图8所示，使用阻断二极管阻断从电池到输入电源的反向电流。这只剩下0.65V作为外部晶体管的差分，这就迫使使用公共发射极PNP拓扑。
　　图10是这个充电器的示意图（从图8开始，经过晶体管拓扑结构的改变），剩下的任务是计算所有元件的值。
　　
　　第一步是在浮动模式下确定分压器电阻串中的电流值。这应大大高于CE和VFB引脚中的输入偏置电流和STAT1引脚中的泄漏电流，但应足够低，以确保PGOOD引脚上的电压不会引入误差。50μA的值是合适的。
　　在浮动模式下，STAT1关闭，因此RD中没有电流。VFB引脚（VREF）上的电压为2.3V。
　　RC=2.30V÷50μA=46kΩ。最接近的1%值为46.4kΩ。
　　VFLOAT=VREF×（RA+RB+RC）÷RC→RA+RB=2×RC=92.8kΩ。
　　VBOOST=VREF×（RA+RB+RC//RD）÷RC//RD→RD=474.3kΩ。选取最接近的1%值475kΩ。
　　VTH=VREF×（RA+RB+RC//RD）÷（RB+RC//RD）→RB=16.9kΩ。RA=92.8kΩ–RB=75.9kΩ。最接近的标准值为75kΩ。
　　IPRE=（VIN–VPRE–VDEXT–VBAT）÷RT。选择RT=634Ω。
　　例如：IPRE=（13–2–0.7–4）/634=10mA
　　IMAX-CHG=VILIM÷RISNS→RISNS=250毫伏÷600毫安=0.417Ω。最接近的1%值为0.422Ω。
　　对于QEXT，BD242是合适的，而1N4001则适合DEXT
　　RP=（VIN（最小值）–2.0V）÷IMAX-CHG×hFE（最小值）=7÷0.6 x 25=291.6Ω。从标准值中选择294Ω。
　　PD=（VIN（最大）–0.7V）÷hFE×IMAX-CHG–（IMAX-CHG）2÷（hFE）2×RP=126mW（最坏情况下）。
　　选择CCOMP=0.1μF。