磷酸鐵鋰電池是一種用磷酸鐵鋰(LiFePO4)材料作電池正極、用石墨作電池負(fù)極的新型鋰離子電池。關(guān)于該電池的詳細(xì)介紹請(qǐng)參看本刊9期磷酸鐵鋰動(dòng)力電池一文。 

磷酸鐵鋰電池的標(biāo)稱電壓是3.2V、終止充電電壓是3.6±0.05V、終止放電電壓是2.0V。該電池與鋰離子電池一樣要求恒流、恒壓充電，充電率范圍是0.2～1C。 

上海如韻電子有限公司在自主開發(fā)出單節(jié)鋰電子充電器芯片CN3052及CN3056后，2007年又開發(fā)出性能更好的單節(jié)磷酸鐵鋰充電器芯片CN3058及CN3059，滿足了市場(chǎng)的需求。本文將介紹CN3059。 

特點(diǎn)與應(yīng)用 

CN3059是一種對(duì)單節(jié)磷酸鐵鋰電池進(jìn)行恒流、恒壓充電的充電器IC。用該IC組成的充電器主要特點(diǎn)：充電電流可由一外設(shè)電阻RISET設(shè)定，最大充電電流可達(dá)1A，輸入電壓4～6V，可采用USB接口或4.5～6V輸出電壓(輸出電流1000～1500mA)的AC/DC適配器供電；充電器電路簡(jiǎn)單、外圍元器件少、成本低；對(duì)過放電(電池電壓＜2.0V)的電池有小電流預(yù)充電模式；內(nèi)部有功率器理電路，若芯片的結(jié)溫超過115℃時(shí)能自動(dòng)降低充電電流作過熱保護(hù)，使用戶可設(shè)置較大的充電電流，以提高充電效率，有兩個(gè)LED分別作充電狀態(tài)指示及充電結(jié)束指示；有輸入電壓過低(＜3.61V)時(shí)的輸出鎖存功能、自動(dòng)再充電功能、電池溫度監(jiān)測(cè)功能；采用小尺寸、散熱增強(qiáng)性的10引腳DFN封裝，充電溫度范圍0～45℃或0～65℃(由充電電池參數(shù)決定)。 

CN3059是磷酸鐵鋰電池的專用充電器IC，但它還有一個(gè)獨(dú)特的特點(diǎn)：外設(shè)一個(gè)電阻RVSET，它可以增加恒壓充電的輸出電壓。利用這個(gè)獨(dú)特的特點(diǎn)，可以組成簡(jiǎn)易的3節(jié)鎳氫電池充電器及4V鉛酸電池充電器或鋰離子電池充電器。 

由CN3059組成的充電器適合充0.5～4Ah的磷酸鐵鋰電池，其應(yīng)用領(lǐng)域：礦燈、LED應(yīng)急燈、警示燈，車模、船模、航模及電動(dòng)玩具，在照相機(jī)中，用3.2V磷酸鐵鋰電池替代一次性3V鋰電池(型號(hào)為CR123A)，其外廓尺寸相同。通信裝置；小型醫(yī)療儀器及野外測(cè)試儀器；小型電動(dòng)工具等。另外，可采用CN3059組成充3節(jié)鎳氫電池及4V鉛酸電池的充電器等。 

封裝、引腳排列及功能 

CN3059采用散熱增強(qiáng)型10引腳小尺寸DFN封裝，其引腳排列如圖1所示，各引腳功能如表1所示。 

主要參數(shù) 

CN3059的極限參數(shù)：各引腳的電壓范圍為-0.3～6.5V，BAT引腳與GND短路時(shí)間可連續(xù)，靜電擊穿電壓為2kV，最高結(jié)溫為150℃，焊接溫度為300℃(10S)。 

CN3059的電氣參數(shù)：電源輸入電壓范圍為4～6VI靜態(tài)電流典型值為650μA；低壓鎖存電壓為VIN≤3.61V,預(yù)存電閾值電壓是電池電壓小于2.05V，恒壓充電電壓3.6V；充電結(jié)束閾值電壓(ISET端電壓)為0.22V；睡眠模式閾值電壓為VIN－VBAT≤20mV；睡眠模式解除閾值電壓為VIN－VBAT≥50mV；TEMP端高溫閾值電壓為80％VIN，低溫閾值電壓為48％VIN。 

典型應(yīng)用電路 

采用CN3059組成磷酸鐵鋰電池充電器電路與由CN3056組成的鋰離子充電器電路相比，前者有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)：①精確檢測(cè)充電電池的電壓，充電電池的終止充電電壓控制得更精確，使電池充的更滿；②采用在FB端與電池正極之間加接一個(gè)電阻RVSET，使充電器除能充磷酸鐵鋰電池外，也可簡(jiǎn)單地組成充鉛酸電池及鎳氫電池，擴(kuò)展了充電器功能。下面分別介紹這2種典型應(yīng)用電路。 

1　充磷酸鐵鋰電池電路 

充電電池型號(hào)為26650，容量為2800mAH，采用1000mA恒流電充電(其充電率約0.36C)，充電器電路如圖2所示。 

充電器采用輸出直流電壓5V、輸出電流1500mA的AC/DC適配器作電源。用紅色LED作充電狀態(tài)指示燈，用綠色LED作充電結(jié)束指示燈．設(shè)定恒流充電電流ICH=1000mA，則RISET為： 

RISET＝1800V/1A＝1.8kΩ (1) 

CIN(10μ F)及COUT(10μ F)是為保證充電器工作穩(wěn)定的輸入及輸出電容，可采用多層陶瓷電容器(MLCC)。 

這里重點(diǎn)介紹精確電池電壓檢測(cè)電路。圖3是一般電池電壓檢測(cè)電路，圖4是精確電池電壓檢測(cè)電路。圖3中，BAT端外接充電電池，內(nèi)接由R1、R2組成的電阻分壓器，其中間點(diǎn)為輸入誤差放大器，根據(jù)充電電池的實(shí)際電壓來對(duì)電池進(jìn)行預(yù)充電、恒流充電及恒壓充電。若在恒流充電時(shí)的充電電流為ICH、BAT端的電壓為VBAT，電池的電壓為V’BAT。若BAT端到電池正極之間的金屬連接線的電阻為△R，則ICH電流從BAT端到電池正極間的電壓降VDROP＝ICH ×△R，則VBAT＝ICH×△R＋V’BAT(V’BAT＜VBAT)。充電電流越大，則VBAT與V’BAT的差值越大。輸入到誤差放大器的電壓是VBAT的分壓而不是V’BAT的分壓，因此產(chǎn)生電池實(shí)際電壓的檢測(cè)誤差。 

再看圖4電路，BAT端向電池充電。另外，由電池正極加一條連接到FB端，將電池電壓通過R1、R2分壓器后輸入誤差放大器。 

粗看起來，F(xiàn)B端、電池正極端及BAT端是同電位的。但要注意的是從BAT端流到電池正極的電流是ICH，若連接線電阻為△R，其壓差VDROP＝ICH×△R；而若從電池正極流入FB的電流是IFB，連接線電阻也為△R，則V’BAR－VFB的壓差為IFB×△R。因?yàn)镮CH往往是0.xA～1A，而IFB≈3μA，所以VBAT與V’BAT的壓差較大，而V’BAT與VFB之間的壓差甚小(VBAT＞V’BAT＞VFB)，用VFB端反饋到誤差放大器的電壓與電池的實(shí)際電壓更接近，即檢測(cè)電池電壓更精確。這一種精確測(cè)量方法也稱為開爾文檢測(cè)法(KeLvin)。用這方法精確檢測(cè)電池電壓可使電池的終止充電電壓更精確，電池也沖的更滿。 

2　充4V鉛酸電池或3節(jié)鎳氫電池或鋰離子電池的電路 

在FB端與電池正極之間加一個(gè)RVSET電阻，可以調(diào)節(jié)恒壓充電的電壓這一特點(diǎn)，則除充磷酸鐵鋰電池外，還可組成簡(jiǎn)易4V鉛酸電池或3節(jié)鎳氫電池充電器，電路如圖5所示。 

設(shè)定的終止充電電壓Vbat與RVSET，的關(guān)系為： 

Vbat(V)＝3.6(V)＋3.04×10-6(A)×RVSET(Ω)　(2) 

由于這種簡(jiǎn)易充電器設(shè)定了終止充電電壓，所以在充電過程不會(huì)產(chǎn)生過充電的情況，即充電是安全的。但由于不同種類的電池有各自的充電程式及終止充電的檢測(cè)方法，因此用CN3059組成的簡(jiǎn)易充電器在充滿程度上需要差一些。另外，在充3節(jié)鎳氫電池時(shí)，由于充電器沒有每節(jié)電池均壓充電的電路，所充的電池應(yīng)是同一種型號(hào)、同一公司生產(chǎn)、同一組使用的電池，否則會(huì)造成由于電池的內(nèi)阻不同而產(chǎn)生的有的電池未充滿，有的電池已過充電的情況。不同充電電池的RVSET值如表2所示． 

為保證終止電壓的精度，采用的RVEST應(yīng)為1％精密電阻(E48、E96系列)，溫度系數(shù)±100×10-6/℃。