Администрирование Железо SY6912A: эффективный контроллер заряда аккумуляторов Fri, June 21 2024  

Поделиться

Нашли опечатку?

Пожалуйста, сообщите об этом - просто выделите ошибочное слово или фразу и нажмите Shift Enter.

SY6912A: эффективный контроллер заряда аккумуляторов Печать
Добавил(а) microsin   

Микросхема SY6912A представляет собой однокристальный контроллер зарядного устройства с широким диапазоном входных напряжений 4.0V .. 23V, током зарядки до 2A, предназначенный для заряда многоячеечных батарей аккумуляторов Li-Ion. Микросхема работает по принципу импульсного DC-DC преобразователя, обладает высокой энергоэффективностью, имеет миниатюрный корпус SO8E и хорошо подходит для портативных переносных устройств. Ножка выбора количества аккумуляторных ячеек позволяет удобно выбрать конфигурацию зарядного устройства. DC-DC понижающий синхронный преобразователь работает на частоте 800 кГц и содержит встроенные мощные ключи FET, поддерживающие преобразование входного напряжения до 25V.

Особенности SY6912A:

• Широкий диапазон входных напряжений 4.0V .. 23V.
• Высокоэффективный, синхронный Buck-регулятор с фиксированной рабочей частотой 800 кГц.
• Возможность выбора количества включенных последовательно заряжаемых аккумуляторных ячеек.
• Режимы зарядки Trickle Current (поддерживающий ток) / Constant Current (постоянный ток) / Constant Voltage (постоянное напряжение).
• Программируемый (до 2A максимум) ток зарядки постоянным током.
• Программируемый таймер зарядки.
• Система защиты входного напряжения UVLO и защиты от перенапряжения батареи (Battery OVP).
• Защита от перегрева.
• Защита от короткого замыкания.
• Система автоматического выключения, предотвращающая обратный ток от аккумулятора.
• Индикация состояния процесса зарядки.
• Нормальная работа синхронного Buck-преобразователя, когда батарея удалена.
• Компактный корпус SO8E.

Основные области применения:

• Сотовые телефоны, смартфоны.
• PDA, плееры MP3 и MP4.
• Цифровые камеры.
• Устройства Bluetooth.
• Портативные игровые приставки типа PSP, NDS.
• Ноутбуки.

Типовая схема включения:

SY6912A schematic diagram fig01

Рис. 1. Общая схема применения SY6912A.

[Цоколевка SY6912A]

SY6912A package SO8E fig02

Маркировка сверху: AIQxyz, где AIQ код устройства, x код года, y код недели, z код номера лота.

Имя Функция
1 TIM Ножка определения предела времени зарядки. Подключите этот вывод к конденсатору, второй вывод конденсатора подключите к GND. Внутренний источник тока заряжает этот конденсатор в режимах Trickle Charge и Constant Current, и это задает таймаут процесса зарядки. Лимит времени зарядки Trickle Charge составляет примерно 1/9 времени зарядки Constant Current.
2 RS Ножка программирования тока заряда. Подключите к резистор датчика тока между выводами RS и BAT. Средний ток зарядки детектируется как в режиме Trickle Charge, так и в режиме Constant Charge.
3 BAT Положительный полюс батареи.
4 NTC Ножка для организации термозащиты. Порог UTP составляет 75% от VIN, и порог OTP около 30% VIN. Подтяните ножку NTC к уровню VIN для запрета логики заряда, это превратит микросхему в обычный Buck-регулятор. Подтяжка NTC к GND выключит микросхему.
5 CEL Сделайте подтяжку CEL к низкому уровню для одной аккумуляторной ячейки, к высокому уровню для 2 ячеек, и оставьте CEL никуда не подкюченной для 3 ячеек.
6 STAT Ножка индикации состояния зарядки. Это выход с открытым стоком, который может быть использован для подключения внешнего светодиода LED (DIND). Когда зарядка закончилась, светодиод погаснет.
7 LX Ножка выхода силовых ключей MOSFET, подключается к внешней индуктивности (LB).
8 IN Вход для положительного полюса внешнего источника питания. Между эти выводом и GND подключается входной конденсатор CIN. Нормальное напряжение на входе IN составляет от 4V до 23V. Функция защиты от КЗ (UVLO) обеспечивает выключение микросхемы, когда напряжение IN меньше, чем напряжение (BAT + 0.12V).
  GND Металлическая площадка под донышком микросхемы. Должна припаиваться к цепи общего провода схемы.

Предельные абсолютные значения(1).

Параметр
Значение
CEL, NTC, STAT -0.5 .. +32V
IN, BAT, LX -0.5 .. +25V
TIM -0.5 .. +3.6V
RS (BAT-0.3V) .. (BAT+0.3V)
Постоянный непрерывный ток LX 2.5A
Рассеиваемая мощность PD при TA = 25° 3.3 Вт
Термосопротивление корпуса(2)  
  θJA 30°C/W
θJC 20°C/W
Температура кристалла -40°C .. 150°C
Температура вывода (пайка, 10 сек.) 260°C
Температура хранения -65°C .. 125°C
Восприимчивость к ESD(2)  
  HBM (Human Body Model) 2kV
MM (Machine Model) 200V

Рекомендуемые рабочие условия(3).

Параметр
Значение
CEL, NTC, STAT -0.3 .. +30V
IN, BAT, LX -0.3 .. +23V
TIM -0.3 .. +3.6V
RS (BAT-0.1V) .. (BAT+0.1V)
Постоянный непрерывный ток LX 2A
Температура кристалла -20°C .. 125°C
Температура окружающей среды -40°C .. 85°C

Примечания:

(1) Показанные предельные стрессовые значения, доходящие до абсолютных максимальных и прешающие их, могут необратимо повредить устройство. Стрессовые значения указаны только для для справки, Не гарантируется описанное нормальное функционирование устройства с такими параметрами. Долгое воздействие максимальных значений может повлиять на надежность устройства.
(2) θJA измеряется в нормальных условияз при TA = 25°C, на четырехслойной тестовой печатной плате с низкой эффективностью отвода тепла, в соответствии со стандартом JEDEC 51-3 thermal measurement.
(3) Работа устройства вне указанных рабочих параметров не гарантируется.

[Электрические характеристики]

Параметры указаны для условий TA=25°C, VIN=15V, GND=0V, CIN=1мкФ, LB=2.2мкГн, RS=25mΩ, CTIM=470нФ, если не указано нечто другое.

Символ Параметр
Условия min Typ MAX Ед.
Входное питание (VIN)
VIN Напряжение питания   4.0   23 V
VUVLO Порог срабатывания защиты от слишком низкого питания VIN нарастает и измерено относительно GND     3.9
ΔVUVLO Гистерезис защиты от слишком низкого питания VIN измеряется относительно GND   190   mV
VOVP Защита от перенапряжения по входу VIN нарастает и измерено относительно GND     24 V
ΔVOVP Гистерезис защиты от перенапряжения по входу VIN измеряется относительно GND   750   mV
Токи утечки
IBAT Ток разряда батареи NTC подтянут к уровню GND     25 mkA
IIN Ток от внешнего источника питания Зарядка запрещена     2.0 mA
Генератор и PWM (ШИМ)
fOSC Частота генератора   640 800 960 кГц
D Скважность PFET периода       100 %
Power MOSFET
RNFET RDS(ON), сопротивление октрытого канала сток-исток ключа N-FET     150  
RPFET RDS(ON), сопротивление открытого канала сток-исток ключа P-FET     160  
Регулировка напряжения
VCV Заряд одного Li-Ion элемента 0°C ≤ TA ≤ 70°C 4.16 4.20 4.24 V
Заряд двух Li-Ion элементов 8.32 8.40 8.48
Заряд трех Li-Ion элементов 12.48 12.6 12.72
ΔVRCH Заряд одного Li-Ion элемента 0°C ≤ TA ≤ 70°C 50 100 150 mV
Заряд двух Li-Ion элементов 100 200 300
Заряд трех Li-Ion элементов 150 300 450
VTRK Заряд одного Li-Ion элемента 0°C ≤ TA ≤ 70°C 2.2 2.5 2.8 V
Заряд двух Li-Ion элементов 4.4 5.0 5.6
Заряд трех Li-Ion элементов 6.6 7.5 8.4
Детектирование подключенной батареи
VDET Порог напряжения детектирования батареи VSHOT < VBAT < VRCH 80%   90% VIN
tDET Время задержки срабатывания детектирования батареи   30   мс
Ток зарядки
  Внутренняя точность тока заряда для режима зарядки постоянным током (Constant Current Mode) ICC=25mV/RS -10%   10%  
  Внутренняя точность тока заряда для режима зарядки током поддержки (Trickle Current Mode) ITC=2.5mV/RS -50%   50%  
Защита от перенапряжения на выходе (OVP)
VOVP Порог защиты перенапряжения на выходе   108% 113% 118% VCV
Защита от короткого замыкания на выходе
VSHOT Порог срабатывания защиты от КЗ на выходе На спаде уровня VBAT 1.70 2.00 2.30 V
fFBK Частота попыток возврата в рабочий режим VBAT < 2V   12.5%   fOSC
ILM Ограничение тока Power FET     4.0   A
Таймер
TTC Таймаут зарядки режима Trickle Current CTIM=330нФ 0.425 0.5 0.575 час
TCC Таймаут зарядки режима Constant Current 3.825 4.5 5.175
TMC Задержка изменения режима зарядки     30   мс
TTERM Задержка прекращения заряда     30  
TRCHG Задержка возобновления заряда     30  
Термозащита батареи NTC
UTP Защита от слишком низкой температуры   70% 75% 80% VIN
Гистерезис защиты от слишком низкой температуры При понижении температуры   5%  
OTP Защита от перегрева   28% 30% 32%
Гистерезис защиты от перегрева При повышении температуры   2%  
Автоматическое выключение
ΔVASD Гистерезис порога ASD (Auto ShutDown) Измеряется между VIN и VBAT 140 280 420 mV
Отключение при перегреве
TSD Температура, при которой происходит выключение (Thermal ShutDown) Порог при повышении температуры   160   ºC
TSDHYS Гистересис температуры выключения при перегреве     20  

[Описание основных функций]

Алгоритм работы SY6912A:

SY6912A Basic Li Ion Battery Charge Flow Chart fig03

Индикация процесса зарядки. Состояние зарядки можно отслеживать по изменению состояния ножки STAT:

Charging-In-Process (нормальный процесс заряда) - удержание лог. 0 на ножке STAT.

Charging Done (зарядка завершена) - удержание лог. 1 на ножке STAT.

Fault Mode (ошибка) - попеременное переключение между уровнями лог. 1 и до лог. 0, частота 0.5 Гц при емкости CTIM = 330нФ.

Таким образом, если подключить светодиод LED между VIN и STAT (через токоограничивающий резистор), то свечение LED будет показывать, что зарядка идет, погашенный LED будет показывать завершение зарядки, а мигание LED покажет Fault Mode.

Buck-регулятор. Если Li-Ion батарея была неожиданно удалена, то онапряжение на выводе NTC повысится до уровня выше 90% VIN. Тогда устройство будет работать в нормальном режиме пикового тока, управляемого синхронным buck-преобразователем, и выходное напряжение на ножке BAT регулируется до уровня VCV. В этом режиме система регулирования постоянного тока остается активной, но запрещены функции таймаута зарядки, прекращения зарядки и тока поддержки (trickle current).

[Система защиты]

Защита от перегрева. Термозащита активна как для батареи, так и для самой микросхемы. SY6912A возобновит нормальную работу, когда температура вернется в диапазон допустимой.

Защита от КЗ (UVLO). Когда напряжение VBAT становится ниже порога защиты от короткого замыкания, то активизируется защита от КЗ. В режиме заряда скважность частоты переключения уменьшается до 12.5% от значения по умолчанию, и VC уменьшается до 20% от максимума. Таймер trickle charging остается активным, и будет отслеживать окончательный таймаут микросхемы. В режиме Buck скважност уменьшается до 12.5% от значения по умолчанию, и периодически инициируется запуск VC.

Защита от превышения тока. Для этой защиты внутренняя система регулирования с различными постоянными времени всегда остается активной, не зависимо от текущего режима Buck или режима Battery Charging.

Защита от перенапряжения батареи (OVP). Когда напряжение VBAT становится выше порога этой защиты, независимо от того, подключена батарея или нет, микросхема выключается и вернется в обратное рабочее состояние, когда напряжение VBAT вернется к нормальному уровню. Входное напряжение обрабатывается ситемами UVLO и OVP, которые выключают микросхему и восстанавливают её нормальный рабочий режим, когда VIN переходит в диапазон нормального уровня.

Защита по таймауту. Программируется таймаут как для режима тока поддержки заряда (Trickle Current Charging), так и режима заряда постоянным током (Constant Current Charging). Когда таймаут срабоал, микросхема останавливает работу зарядки и защелкивается в выключенное состояние. Перезапуск возможен только переподключением батареи или входного напряжения, тогда логика защелки сбрасывается и микросхема снова входит в рабочий режим.

Характеристики приведены для условий TA=25°C, VIN=5V, RS=12.5mΩ, батарея Li-Ion с одной ячейкой, если не указано нечто другое.

SY6912A Efficiency Charge Current CV mode fig04 SY6912A Efficiency Charge Voltage CC mode fig05
Рис. 4. Зависимость эффективности от тока зарядки (режим Constant Voltage). Рис. 5. Зависимость эффективности от напряжения зарядки (режим Constant Current).
SY6912A Powef On fig06 SY6912A Powef Off fig07
Рис. 6. Включение питания. Рис. 7. Выключение питания.
SY6912A Charge Current Soft Start fig08 SY6912A Constant Current Charge State fig09
Рис. 8. Ток зарядки, мягкий старт. Рис. 9. Состояние зарядки постоянным током.
SY6912A Battery Short fig10 SY6912A Buck Mode Output Short fig11
Рис. 10. Короткое замыкание батареи. Рис. 11. Короткое замыкание выхода в режиме Buck-регулятора.

[Информация по применению]

Из-за высокоинтегрированной начинки SY6912A схема её включения получается очень простой. Нужны только входной конденсатор CIN, выходной конденсатор COUT, индуктивность L, NTC-резисторы R1, R2, резистор датчика тока зарядки RS и коденсатор таймера CTIM, значения которых должны быть выбраны в соответстви с параметрами целевого приложения.

Резисторы делителя NTC. SY6912A мониторит температуру батареи путем измерения уровня входного напряжения и напряжения на выводе NTC. Контроллер вызывает срабатываение UTP или OTP, когда коэффициент K (K = VNTC/VIN) достигает порога UTP (KUT) или OTP (KOT). Цепочка измерения температуры R1 и R2 программирует корректные значения UTP и OTP.

SY6912A NTC resistor divider

Для вычисления номиналов R1 и R2 выполните следующие шаги:

1. Определите KUT = 70% .. 80%.

2. Определите KOT = 28% .. 32%.

3. Предпологается, что сопротивление NTC-термистора батареи равно RUT на пороге UTP, и ROT на пороге OTP.

4. Вычисляется R2:

     KOT(1 - KUT)RUT - KUT(1 - KOT)ROT
R2 = ---------------------------------
                KUT - KOT

5. Вычисляете R1:

R1 = (1 / KOT - 1)(R2 + ROT)

Если выбраны типовые значения KUT = 75% и KOT=30%, тогда:

R2 = 0.17RUT - 1.17ROT
R1 = 2.3(R2 + ROT)

Резистор датчика тока зарядки RS. Номинал датчика тока RS вычисляется (в миллиомах) по формуле:

RS = 25 / ICC

Ток ICC в формуле указывается в амперах.

Конденсатор таймера CTIM. Время зарядки программируется конденсатором, поключенным между выводом TIM и GND. Его емкость (в микрофарадах) вычисляется по формуле:

CTIM = 2 * 10-5 * TCC

Время зарядки в этой формуле TCC задается в секундах.

Входной конденсатор CIN. Ток пульсаций через входной конденсатор превышает значение:

SY6912A ripple current input capacitor

Для минимизации потенциальной проблемы шума поместите типовой керамический конденсатор X7R или лучшего качества как можно ближе к выводам IN и GND. Позаботьтесь о том, чтобы минимизировать длину цепочек, формируемых выводами CIN и IN/GND.

Выходной конденсатор COUT. Этот конденсатор выбирается в соответствии с требованиями по выходным пульсациям. При выборе этого конденсатора должны учитываться как требования по пульсациям как к постоянному уровню, так и при скачках напряжения. Для лучших параметров рекомендуется применять керамический конденсатор X7R или конденсатор лучшего качества емкостью 10 мкФ. Минимальная емкость выходного конденсатора может быть определена по формуле:

        ICC * (VOUT − VIN)
COUT = -------------------
       FSW * VOUT * VRIPPLE

Здесь VRIPPLE это размах выходных пульсаций от пика до пика, ICC установленный ток зарядки.

Выходная индуктивность L. При выборе параметров индуктивности нужно учитывать несколько факторов.

1) Индуктивность выбирается для обеспечения желаемого уровня тока пульсаций. Рекомендуется выбрать ток пульсаций на уровне 40% от среднего входного тока. Индуктивность вычисляется по формуле:

     VOUT(1 - VOUT/VIN,MAX)
L =  ---------------------
      FSW * IOUT,MAX * 40%

Здесь FSW это частота переключения, и IOUT,MAX максимальный ток нагрузки.

Микросхема SY6912A допускает различные амплитуды тока пульсаций. Как следствие конечный выбор индуктивности может отклоняться от расчетных значений без существенного влияния на рабочие характеристики.

2) Ток насыщения индуктивности должен быть выбран больше, чем пиковый ток через индуктивность при условиях полной нагрузки.

                    VOUT(1 - VOUT/VIN,MAX)
ISAT,MIN > IOUT,MAX + --------------------
                         2 * FSW * L

3) Активное сопротивление DCR индуктивности и основные потери на частоте переключения должны быть достаточно низкими, чтобы обеспечить желаемую энергоэффективность. Желательно выбрать индуктивность с DCR < 10 мОм, чтобы получить самую лучшую общую эффективность.

Разводка печатной платы. Конфигурация дорожек для SY6912A относительно проста. Для лучшей эффективности и минимальных проблем с шумами нужно как можно ближе к корпусу микросхемы разместить компоненты CIN и L.

1) Желательно как можно больше сделать заливку полигонами земли GND, чтобы обеспечить улучшенный отвод тепла и минимум помех. Если позволяет пространство на печатной плате, то заливка медью земли должна быть как можно больше.

2) CIN должен быть как можно ближе к выводам IN и GND. Цепи, формируемые CIN, должны быть как можно короче. На рисунке ниже показана рекомендуемая разводка дорожек для CIN.

SY6912A PCB layout fig12

3) Область меди, связанная с выводом LX, должна быть минимизирована, чтобы снизить помехи.

4) Конденсатор CTIM и дорожка до вывода TIM не должны быть близко с цепью LX, чтобы избежать проблем с шумом. Лучше всего земляной вывод CTIM соединить с земляным выводом выходного конденсатора.

Информацию по закупке, размером посадочного места на плате см. в даташите [1].

[Ссылки]

1. AN_SY6912A 2A Multi Cell High Efficiency Switching Charger.
2Микросхема bq24030, bq24031, bq24032A, bq24035, bq24038 - контроллер зарядного устройства.
3Микросхема bq24618 - контроллер зарядного устройства.

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Top of Page