單節(jié)鎳氫電池充電器DS2710的技術(shù)剖析與應(yīng)用指南

一、DS2710概述

DS2710是一款專(zhuān)為低電流便攜式應(yīng)用中的單節(jié)鎳氫（NiMH）電池充電而設(shè)計(jì)的理想芯片。它的輸入可以是USB電壓源或5V穩(wěn)壓適配器。該芯片通過(guò)監(jiān)測(cè)溫度、電壓和充電時(shí)間，為單節(jié)NiMH或鎳鎘（NiCd）電池提供合適的快速充電控制算法，還具備電池測(cè)試功能，能檢測(cè)出有缺陷或不適合充電的電池，如堿性原電池。

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二、應(yīng)用場(chǎng)景

DS2710適用于多種小型可充電設(shè)備，如語(yǔ)音記錄器、無(wú)線(xiàn)鼠標(biāo)和電池供電的玩具等。

三、特性亮點(diǎn)

3.1 充電功能

• 支持單節(jié)NiMH電池充電，采用滯回控制技術(shù)的開(kāi)關(guān)模式拓?fù)洹?/li>
• 對(duì)深度放電的電池進(jìn)行預(yù)充電，以 -ΔV 終止快速充電，靈敏度典型值為2mV。
• 監(jiān)測(cè)電壓、溫度和時(shí)間，確保安全和二次終止充電。

3.2 電流調(diào)節(jié)

• 專(zhuān)為外部pMOS設(shè)計(jì)，具備軌到軌MOSFET驅(qū)動(dòng)器。
• 采用小巧的10引腳TDFN封裝（3mm x 4mm）。

四、電氣特性

4.1 絕對(duì)最大額定值

• 電壓范圍：-0.3V至+6.0V。
• 連續(xù)源/灌電流CS：20mA。
• 連續(xù)源電流STATUS：10mA。
• 工作溫度范圍：-40°C至+85°C。
• 存儲(chǔ)溫度范圍：-55°C至+125°C。

4.2 推薦直流工作條件

• 電源電壓 (V_{DD})：4.0V至5.5V，環(huán)境溫度 (T_A) 為 -20°C至+70°C。

4.3 直流電氣特性

涵蓋了電源電流、欠壓鎖定閾值、輸出電壓等多項(xiàng)參數(shù)，例如電源電流 (I_{DD}) 在工作模式下典型值為250μA，最大值為1000μA。

4.4 電氣特性：定時(shí)

包括內(nèi)部時(shí)基周期、CS輸出占空比、電池測(cè)試間隔等參數(shù)，如內(nèi)部時(shí)基周期典型值為0.96秒。

五、引腳說(shuō)明

六、充電算法詳解

6.1 充電算法概述

DS2710控制單節(jié)NiMH電池從穩(wěn)壓充電源進(jìn)行開(kāi)關(guān)模式拓?fù)涑潆?。芯片通過(guò)施加電源或退出SUSPEND狀態(tài)進(jìn)行復(fù)位，進(jìn)入PRESENCE狀態(tài)等待電池插入后開(kāi)始充電循環(huán)。充電過(guò)程包括預(yù)充電、快速充電、TOP-OFF充電和維護(hù)充電等階段，同時(shí)在各階段進(jìn)行電壓、溫度和充電時(shí)間監(jiān)測(cè)，以防止過(guò)充。

6.2 各充電狀態(tài)分析

• PRESENCE狀態(tài)：當(dāng)TMR引腳未浮空且 (V{DD} > V{UVLO}) 時(shí)進(jìn)入，等待電池插入，電池插入且溫度在有效充電范圍內(nèi)則進(jìn)入預(yù)充電狀態(tài)。
• PRECHARGE狀態(tài)：檢測(cè)到有效電池電壓且溫度在有效范圍內(nèi)時(shí)進(jìn)入，以25%的占空比調(diào)節(jié)檢測(cè)電阻上的電壓降為113mV進(jìn)行預(yù)充電，直到電池電壓超過(guò)1.0V進(jìn)入快速充電狀態(tài)。若預(yù)充電時(shí)間超過(guò)30分鐘或電池溫度超過(guò)+50°C，進(jìn)入FAULT狀態(tài)。
• FAST-CHARGE狀態(tài)：調(diào)節(jié)檢測(cè)電阻上的平均電壓為113mV，每31秒進(jìn)行一次電池測(cè)試。通過(guò) -ΔV 方法終止快速充電，進(jìn)入TOP-OFF狀態(tài)。若電池溫度超過(guò)+50°C或電池電壓超過(guò) (V_{MAX - CHARGE})，進(jìn)入FAULT狀態(tài)。
• CELL TEST狀態(tài)：在快速充電期間每31秒執(zhí)行一次，測(cè)量電池電壓和阻抗，若電池電壓下降超過(guò)2mV或16分鐘內(nèi)電壓無(wú)增加，快速充電成功終止并進(jìn)入TOP-OFF狀態(tài)。若阻抗超過(guò)閾值或電壓超過(guò) (V_{MAX - OPEN})，進(jìn)入FAULT狀態(tài)。
• TOP-OFF狀態(tài)：以快速充電速率的25%進(jìn)行充電，充電定時(shí)器超時(shí)或溫度超過(guò)+50°C進(jìn)入維護(hù)狀態(tài)。若電池電壓超過(guò) (V{MAX - CHARGE}) 或 (V{MAX - OPEN})，進(jìn)入FAULT狀態(tài)。
• MAINTENANCE狀態(tài)：充電正常完成或充電期間電池溫度超過(guò)+50°C時(shí)進(jìn)入，以1.56%的占空比維持電池充滿(mǎn)狀態(tài)，直到電池移除、芯片電源循環(huán)或進(jìn)入SUSPEND狀態(tài)。
• FAULT狀態(tài)：任何充電狀態(tài)下電池電壓超過(guò) (V{MAX - CHARGE}) 或 (V{MAX - OPEN}) 等情況進(jìn)入，CS引腳強(qiáng)制為高以防止充電，STATUS輸出以4Hz速率切換。
• SUSPEND狀態(tài)：通過(guò)浮空TMR引腳進(jìn)入，CS輸出拉至VDD以禁用充電控制FET，恢復(fù)TMR連接后從PRESENCE狀態(tài)開(kāi)始充電，所有定時(shí)器復(fù)位。

七、關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置

7.1 充電電流調(diào)節(jié)

DS2710通過(guò)維持VN1和VN0引腳之間外部檢測(cè)電阻上的恒定平均電壓來(lái)調(diào)節(jié)充電電流，公式為 (V{SENSE} = V{IREF} - 0.5 × V{HYS - COMP} = 0.113V)（典型值）。檢測(cè)電阻可根據(jù)所需快速充電電流選擇，公式為 (R{SENSE} = 0.113V / 所需快速充電電流)。

7.2 充電速率選擇

快速充電速率為調(diào)節(jié)電流極限的0.969倍，TOP-OFF速率為調(diào)節(jié)電流的0.25倍，維護(hù)充電速率為調(diào)節(jié)電流的0.0156倍。

7.3 超時(shí)選擇

快速充電超時(shí)時(shí)間由TMR引腳連接到VSS的外部電阻設(shè)置，范圍為0.5小時(shí)至5小時(shí)，TOP-OFF超時(shí)時(shí)間為快速充電超時(shí)時(shí)間的一半。公式為 (t(分鐘) = 1.5 × R_{TMR}(Ω) / 1000)。

7.4 阻抗測(cè)試閾值選擇

DS2710在快速充電狀態(tài)下每31秒測(cè)試一次電池阻抗，檢測(cè)閾值可通過(guò)CTEST引腳連接到VSS的外部電阻設(shè)置，范圍為32mV至400mV，公式為 (V{TEST} = 8000 / R{CTEST})，阻抗閾值公式為 (阻抗閾值 = 70796 × (R{SENSE} / R{CTEST}))。

八、應(yīng)用電路與布局

8.1 典型應(yīng)用電路

圖5展示了一個(gè)典型的DS2710應(yīng)用電路，用于從USB端口或其他5V充電源為NiMH電池充電。電路中Q1、L1、C2和D2構(gòu)成開(kāi)關(guān)降壓調(diào)節(jié)器電路，由DS2710的CS引腳控制。通過(guò)調(diào)節(jié)檢測(cè)電阻R9上的電壓來(lái)控制充電電流。

8.2 應(yīng)用PCB布局

為確保應(yīng)用電路成功，需遵循正確的布局規(guī)則。開(kāi)關(guān)模式操作會(huì)產(chǎn)生快速電壓和電流瞬變，應(yīng)注意減小開(kāi)關(guān)回路面積，采用低ESR和ESL的電容器，對(duì)檢測(cè)電阻采用正確的Kelvin連接布局。

九、總結(jié)

DS2710是一款功能強(qiáng)大的單節(jié)鎳氫電池充電器芯片，具備多種保護(hù)功能和靈活的參數(shù)設(shè)置，適用于多種小型可充電設(shè)備。在設(shè)計(jì)應(yīng)用電路時(shí)，需要根據(jù)具體需求合理選擇充電電流、超時(shí)時(shí)間和阻抗測(cè)試閾值等參數(shù)，并遵循正確的PCB布局規(guī)則，以確保充電過(guò)程的安全和穩(wěn)定。你在使用DS2710進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，是否遇到過(guò)一些特殊的問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。