基于SE9020的万能充电器解决方案

基于SE9020的万能充电器解决方案SE9020C/D是一颗可以自动识别电池极性的单节锂电池充电控制IC，该IC集成了完整的电池极性识别、自动充电控制、充电保护等万能充电器方案所需的功能，几乎不需要任何外部元件就可以为锂电池充电，充电电流达到250mA(TYP)。SE9020C/D用的是小而简单的SOT23-6L和COB等封装形式，适合万能充电器这种便携式设备使用。SE9020C/D内部集成极性检测电路,可以迅速的识别插入的锂电池的极性并且以正确的极性自动为锂电池充电。SE9020C/D以恒压的方式为锂电池进行充电并且充电电流在设计时已经固定，被限制在250mA(TYP).这样可以有效的保证充电质量，同时减小充电时电池过热的危险。在充电的同时芯片自动检测电池的电压，当电池充饱后，芯片自动结束充电，避免芯片过充，有效的保护电池。SE9020C/D支持多种充电状态显示模式，包括红/绿LED闪灯模式和七彩灯显示模式，SE9020C/D中字母C表示color的意思，指七彩灯模式。字母D表示Double的意思，指闪灯模式。在七彩灯显示模式中，LED1灯用于显示电源和电池是否连接和连接状态，七彩灯用于指示充电状态。充电时，七彩灯闪亮，充电完成后，七彩灯熄灭。在闪灯显示模式，LED1灯用于显示电源和电池是否连接和连接状态，LED2灯用于显示充电状态。充电时，LED2灯闪亮，充电完成后，LED2灯熄灭。SE9020C/D还具有电池欠压自动重启、锂电池短路保护、过温保护，过流保护等保护功能，防止充爆电池等危险情况的发生。与传统万能充电器用锂电池充电方案相比，SE9020C/D采用更安全、高效的充电模式：传统的锂电池充电方式（一）充电模式恒流限压充电（CC-mode）恒流充电是采用恒定的电流源对锂电池进行充电。恒流充电的工作原理是在充电过程中，通过一个电流检测单元，采集TEST2信号对整个充电回路的电流进行监控，并反馈一个控制信号CONTROL2，对电流源进行控制和调节，使得电流源输出一个恒定的电流对锂电池进行充电。另外利用一个电池电压检测单元，检测TEST1的信号对锂电池的电压进行监控，如果锂电池的电压达到4.2V，就通过CONTROL1输出一个充电截至信号，关闭电流源。完成整个充电过程。恒压非限流充电（CV-mode）恒压充电是通过检测电池电压调节电流源输出电流对电池进行充电的方法。在充电的过程中，通过电压检测单元对采样TEST1的信号，输出CONTROL1信号控制电流源，当电池电压升高时，充电电流逐渐减小。达到能量守恒的平衡状态。另外通过电流检测单元，对TEST2进行监控，当电流减小的预设值时，输出CONTROL2信号，关断整个充电回路。完成整个充电过程。优缺点：恒流充电模式的优点在于保持恒定的电流充电，在整个充电过程中都能控制充电电流维持在预设值，保持稳定的充电时间。缺点是当电池电压达到预设电压值（判断充满的状态）后，充电电流马上关断，此时电池并没有真正充满，充电结束后，电池电压会迅速下降100mV左右，而且也会影响电池的放电时间。恒压充电模式的优点在于能够实时的检测电池电压对充电电流进行调节，当电池电压达到预设电压后，充电电流逐渐减小。这段恒压充电过程，保证了电池真正的充满，充电结束后，电池电压基本不变。同时具有更长的放电时间。缺点是充电电流随着电池电压的上升减小很快，影响充电时间。图1锂电池充电原理图（二）实现方式传统的万能充电器采用分离器件组成整个系统，原理如图2所示电流检测电流源电压检测TEST1CONTROL1CONTROL2TEST2VCC锂电池图2传统充电器应用方案传统分离器件方案用简单的NPN导通电压作为关断充电的控制器，通过两个NPN管和两个PNP管作为切换电池极性的控制器，无法避免由NPN管和PNP管本身的压降造成的影响，同时同一个充电器对不同的电池进行充电时饱和电压也不相同，使得充电电压具有较高的离散性，不易控制在1%的精度。另外，传统的充电方案的应用中，由于电路内部增益不够大，导致充电过程灯和充满显示灯的切换中往往存在中间态，在使用中容易给使用者带来误导。同时大量的分离器件降低了板级电路的加工效率。没有完善的保护电路，使得电池充电过程存在安全隐患。SE9020充电应用分析通过分析传统的充电模式，我们发现限流－恒压充电是更为科学的万能充电器充电方法，恒压充电确保电池真正的充满，限流充电保证在为各种不同规格锂电池充电时没有过热的危险。通过在相同的测试条件下的对比测试，采用限流—恒压充电模式充电的电池具有更长的放电时间。另外采用集成度较高的IC替代传统的分离器件方案，无论从技术层面还是从生产加工的角度都是今后的发展趋势。充电工作原理SE9020在传统的恒压充电的基础上，增加了限制昀大充电电流的单元。控制充电回路电流，减缓充电电流减小的速度，使得电池电压接近充满值时还能维持较大的充电电流。同时恒压过程使得电池能够真正的充满，综合充放电时间等因素，SE9020的充电效率优于传统的恒流充电模式。图3图4是SE9020充电过程与传统恒流模式的比较。SE9020内建自动辨别电池极性的单元，通过检测电池的电压方向，自动切换充电回路，使得无论电池正接或者反接，都能够正常的充电。图3SE9020充电原理图4SE9020充电电流电压曲线与传统恒流充电的比较SE9020内建精确的基准电路，为整个充电过程提供精确的基准，同时由充电电流的逐渐减小使得控制极性的开关的压降也随之减小为零，内建有判断充满的单元，确保充电饱和电压具有1%的高精度，无过充危险。SE9020还设有RE-CHARGE功能，当IC检测到电池电压低于4.05V后，电路会重新启动充电过程。在电源电压低至5V时SE9020还能具有较大的充电电流，对于USB充电方案具有较大的兼容性。内设准确快速的指示灯逻辑控制单元，在充电过程中的各个状态切换时，使得指示灯都能准确快速的切换。图5用SE9020充电后电池放电曲线和传统恒流模式充电后电池的放电曲线比较图完善的充电保护功能SE9020C/D还具有分离器件方案所不具备的各种保护功能：设有电池短路保护，当电池电压低于2.5V时电路判定为电池短路，关断整个充电回路，避免了由于电池短路产生大电流所造成的危险。SE9020还建有温度保护电路，当温度过高时，关闭整个充电回路，有效的防止由于电池过热引起的危险情况。丰富的充电指示灯功能SE9020内嵌两种电源指示灯模式，L1/L2闪灯模式和L1/七彩灯模式。各种充电状态下的指示灯逻辑如表1所示。Option状态描述电源状态电池状态L1L2七彩灯电池检测断开正常接入亮熄灭熄灭电池空载断开亮熄灭熄灭正常充电亮闪烁闪烁饱和检测接入正常接入亮亮熄灭电池短路短路熄灭熄灭熄灭表1SE9020闪灯逻辑面积的优化和成本的节省相对于以往的分离器件传统方案，SE9020集成度高，除了LED指示灯以外，不需要任何外围元件。SE9020应用电路如图6图7所示。图6SE9020七彩灯方案应用电路图7SE9020闪灯方案应用电路碳膜电阻三极管（8550&8050）二极管（4007）瓷介电容稳压管SE431LED分离器件方案12711112SE9020无无无无无无2表2分离器件方案与SE9020方案外围器件比较图8传统分离器件充电方案图9SE9020充电方案多种封装形式可供选择SE9020具有SOT23-6L、COB等多种封装形式可供选择。总结SE9020与传统分离器件方案以及传统恒流模式方案的对比_BAT+4.75V~6VBAT-+220uF/16VLED2LED1SOT-23-6SE9020C123456_BAT+4.75V~6VBAT-+220uF/16VLED2LED1SOT-23-6SE9020D123456SE9020分离器件方案传统恒流模式充电模式有恒压充电过程，充电后电池电压基本保持不变.电池充饱程度达到95-100%。无过充危险有恒压充电过程，充电后电池电压基本保持不变.电池充饱程度达到90-110%。存在过充的危险。无恒压充电过程，电池充饱程度只到70-80%.CT3582在充电结束后电压迅速下降100mV左右。输出精度有内建基准电压，输出电压精度为+/-1%。很难控制外围NPN管和PNP管的Rds（on）使得电压精度仅为+/-3%。使用LED的导通压降作为基准，LED的电压精度为+/-15%，要使CC-mode的输出电压精度达到1%，需要人工选出特定电压值的LED。外围元件0232表3应用方案对比通过以上的比较可以发现SE9020与传统完成充电器应用方案相比还具有以下优势：1、充满电压准，自动识别电池正负级、可以结合USB接口，符合国标，为客户带来更多附加价值，100%产品充电一致性。2、内建高精度的基准电压单元，使得充饱电压能够达到1%的高精度。而传统恒流充电方案是采用外接LED的正向导通电压作为基准电压。(LED正向导通电压的精度通常是15%，因此需要人工从15%精度的LED中挑选1%精度的LED使用。在很大程度上降低了加工效率)。3、优化的充电模式，使得充电效率更高。4、完善的充电保护功能，提高产品的安全性。5、丰富的逻辑指示灯功能和多种封装形式，为客户提供更多的选择空间。6、高度集成、减少流水线上工人人数，生产率大大提高，成品良率高，提高采购和生产管理、提高生产效率。7、可以把产品做的更小、更精致，PCB板能缩小30%。8、成品测试简单，同时大大降低返修率9、更高的档次、更容易赢得订单。