一种MCP73871锂电池充电管理控制的实现

 

　　MCP73871系列是Microchip 公司生产的先进锂电池充电管理芯片，MCP73871系列芯片适合单节（4.1V或4.2V）或双节（8.2V或8.4V）锂离子（Li-Ion）和锂聚合物（Li-Pol）电池的充电需要，同时根据不同的应用提供了MSOP、TSSOP和SOIC的可选封装形式，利用该芯片设计的充电器外围电路及其简单，非常适合便携式电子产品的紧凑设计需要。MCP73871可以动态补偿锂电池组的内阻以减少充电时间，带有可选的电池温度监测，利用电池组温度传感器连续检测电池温度，当电池温度超出设定范围时MCP73871关闭对电池充电。内部集成的恒压恒流器带有高/低边电流感测和可编程充电电流，充电状态识别可由输出的LED指示灯或与主控器接口实现，具有自动重新充电、电流终止充电、低功耗睡眠等特性。本文介绍了MCP73871的主要特性， 功能框图，典型应用以及MCP73871评估板特性，电路图以及所用材料清单（BOM）。

　　MCP73871:具有系统负载均衡功能的分立式锂离子/ 锂聚合物电池充电管理控制器

　　MCP73871充电管理控制器可使电子设备通过交流-直流适配器或USB端口同步供电及充电，从而简化了目前便携式电子设备的充电和供电问题。这种新型充电器的电压调节度高达0.5%,电池可进行限度的充电，有助延长电池寿命。此外，由于备有集成传输晶体管，该充电器无需再配备FET,只需配上几个小型的无源元件即可。因此，设计更加小巧、简单和经济。这种小巧紧凑的单芯片充电器以满足当今便携式消费类电子设备的需求。这些设备大多提供传统的壁插式充电、USB端口充电及连接功能，而MCP73871充电器正好切合这些需求。从简单的USB电池充电到复杂的电源路径解决方案，Microchip现可提供一应俱全的电池充电器产品。这款具备智能充电管理功能的锂离子/锂聚合物充电器可通过交流-直流适配器或USB端口同步进行设备充电及供电。新的单芯片充电器配备集成传输晶体管，以及多种电池和终端电压选择，非常适用于既复杂且空间受限的便携式应用。

　　有以下4种可供选择的固定恒压选项：4.10V、4.20V、4.35V 或4.40V 以满足新兴的电池充电要求。在大功率或高环境温度条件下，MCP73871 器件还会根据管芯温度来限制充电电流。这种根据温度进行调节的功能缩短了充电时间，同时也保证了器件的可靠性。

　　MCP73871 器件带有电池电量低指示、电源电压正常指示和两个充电状态指示，其输出可与LED连接或是与主控单片机通信。 MCP73871器件在环境温度在 -40°C 至+85°C 的范围内的各项指标完全正常。

　　MCP73871特性

　　集成系统负载均衡和电池充电管理功能

　　为系统供电和给锂离子电池充电同时进行

　　电压与电流比例控制（Voltage Proportional Current Control, VPCC）确保系统负载的优先级高于锂离子电池充电电流

　　通过理想二极管的通断实现低损耗的电源通路管理

　　完整的线性充电管理控制器

　　集成了传输晶体管

　　集成了电流检测

　　集成了反向放电保护

　　可选的输入电源：USB 端口或AC-DC 墙式适配器

　　预设的高充电电压：

　　4.10V、4.20V、4.35V 或4.40V

　　±0.5% 稳压容差

　　可进行热调节的恒流/ 恒压（Constant Current /Constant Voltage , CC/CV）操作

　　总输入电流的值控制在1.8A

　　可编程快速充电电流（采用电阻控制）范围：50 mA 至1A

　　电阻可编程充电终止设定点

　　可选的USB 输入电流控制

　　值：100 mA （低） / 500 mA （高）

　　自动再充电

　　自动充电结束控制

　　带使能/ 禁止控制的安全定时器

　　给深度耗尽的电池进行0.1C 预充电

　　电池温度监视器

　　欠压锁定（Undervoltage Lockout, UVLO）

　　电池电量低指示（LBO）

　　电源电压正常指示 （PG）

　　充电状态和故障条件指示

　　温度范围：-40°C 至85°C

　　封装：20 引脚QFN （4 mm×4 mm）

　　MCP73871应用：

　　GPS / 导航仪

　　PDA和智能电话

　　便携式媒体播放器和MP3 播放器

　　数码相机

　　蓝牙耳机

　　便携式医疗设备

　　座式充电器/ 扩展底座

　　玩具

　　 　　　

　　 图1.MCP73871功能框图

　　MCP73871 评估板

　　在便携式电子设计中，空间和复杂度是要考虑的两个关键因素。高度集成的MCP73871 器件包含了开发新型锂离子/ 锂聚合物电池供电产品所需的众多元件， 跨越了设计屏障，满足了便携式电子设计的要求。

　　MCP73871 器件仅需要极少的外部元件就能分别向系统负载供电以及给单节锂离子电池充电。当未施加输入电源或其电量不够时，锂离子电池就会变为主电源或充当辅助电源来提供所需的系统负载电流。开发MCP73871 评估板的目的是帮助产品设计人员采用颇受欢迎的Microchip 带系统负载均衡功能的分立式锂离子电池充电管理控制器来简化产品的设计，缩短产品的设计时间。

　　MCP73871 评估板演示了Microchip 的MCP73871 "带系统负载均衡功能的分立式线性锂离子/ 锂聚合物电池充电管理控制器"的功能。

　　MCP73871 评估板被设计为向系统负载和预设充电电压为4.2V （MCP73871 还有4.1V、4.35V 和4.4V 稳压选项）的单节锂离子电池提供至少为1.5A 的总电流。

　　MCP73871 评估板具有两个拨动开关（dip switch）用来选择输入电流的极限值。个拨动开关（SW2）用于在Ac-Dc 适配器和USB 端口（AC/USB）之间选择输入电源。第二个拨动开关（SW1）用于在500 mA 高电流USB 端口或100 mA 低电流USB端口（高/ 低）之间进行选择。 当用SW2 选择了USB作为电源时，输入电流的极限值由USB 规范规定。

　　当用SW2 选择交流适配器时，快速充电电流的值由电阻（RPROG1）设定为1A,充电终止电流由电阻（RPROG3）设定为100 mA.

　　MCP73871 评估板提供了三个状态LED,两个作为充电状态输出，一个作为电源电压正常指示灯。

　　MCP73871 评估板套件包含：

　　MCP73871 评估板， 102-00183

　　模拟和接口产品演示板光盘（DS21912）

　　MCP73871 Evaluation Board Users Guide （DS51755）

　　MCP73871 数据手册"Stand-Alone Linear Li-Ion / Li-Poly Battery Charge and

　　System Load Sharing Management Controller"（DS22090）

　　MCP73871 评估板演示了采用Microchip 的分立式线性锂离子电池充电器实现系统电源通路和负载均衡管理控制的解决方案。当断开输入电源时，锂离子电池也能给系统负载供电。MCP73871 提供的大量器件选项，使其可在各种应用中使用。欲了解更多的器件选项，请参见MCP73871 数据手册（DS22090A_CN）和/ 或联系当地的Microchip 技术支持。

　　可作为参考设计的典型应用有智能电话、PDA、便携式媒体播放器、MP3 播放器、数码相机、手持式医疗设备、蓝牙耳机、 超移动PC 和便携式发报机。

　　MCP73871 评估板具有以下功能：

　　集成了系统负载均衡功能

　　可用拨动开关控制输入电流的极限值，对于Ac-Dc 适配器，典型值为1650 mA,对于USB 高电流输入，值为500 mA,对于USB 低电流输入，值为100 mA

　　三个LED 用于指示充电状态、电池电量低和电源电压正常信号

　　预设的锂离子电池充电电压： 4.2V ± 0.5%

　　默认情况下温度监视被禁止，但可被使能为采用NTC 热敏电阻实现温度监视

　　厂家预设的为深度耗尽的电池进行0.1C 的预充电

　　厂家预设的带定时器使能功能的超时周期为6 小时的安全定时器

　　恒流 / 恒压（CC/CV）充电算法

　　由电阻设定的充电电流： 1A

　　由电阻设定的充电终止设定点：100 mA

　　自动充电终止

　　自动再充电

　　内部热调节

　　底部带有额外通孔的外露焊盘能够更好得散热

　　

　　图2.MCP73871 的系统电源通路管理应用

　　

　　 图3.MCP73871评估板电路图

　　 材料清单（BOM）