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预算DS2712 NiMH电池充电器的开关速度
深圳安乐和科技有限公司  2012-11-14 17:23:44

 弁言


  设想开关模式电池充电器DS2712时,疾速肯定电路的开关频次范畴十分有效。理解并掌握开关频次能够协助优化电感挑选,为晶体管的挑选以及PCB布板供给指点。关于DS2712,因为所有充电模式下的参考电压是牢固的,因而充电模式不会影响开关频次(在DS2715中,充电模式则会影响开关频次)。开关频次的设置次要由电感完成,而电池电压的变革则是惹起开关频次变革的主要因素。本使用条记对DS2712的充电电路停止了阐发,同时供给一个烦琐易用的数据表来协助预算开关频次。


  电路道理


  图1所示电路为buck开关充电器的等效电路,电池和检流电阻相当于负载。DS2712在所有充电模式下将RSENSE的电压调理到预设数值。检流电阻和预置的基准电压掌握ICHARGE。关于NiMH电池,凡是有4个充电阶段—这4个阶段(预充电、快速充电、浮充和连结)均由DS2712检流电阻的电压停止调理。预充电和浮充形态下的电流为快速充电形态下均匀充电电流的25%,连结模式下的电流为快速充电形态下电流的1/64。


  电池组的形态决议进入哪个充电形态。电池电压低于1.0V时,接纳预充电模式迟缓地对电量快要耗尽的电池停止充电。当电池电压高于1.0V、低于1.65V时接纳快速充电模式,但也能够在到达其它条件时停止快速充电。快速充电连续预先设置的一段时间后进入浮充模式。RPARASITIC是一个可选参数项,用于暗示电池、保险丝或其它非幻想导体引线的寄生压降。





  图1. DS2712开关模式参考电路


  用于调理检流电阻电压的控制电路包罗一个带有基准的滞回比力器,比力器输出驱动一个开漏输出引脚。经由过程QCC以及CC输出引脚(图中没有示出)来改动各开关模式下的占空比。QCC导通时的开关速度取决于ICHARGE从一个峰值抵达另一个峰值然后返回需求的工夫,包罗反应电路及开关切换QSW和DCATCH的所有延时。这些延时会使ICHARGE超越比力器的一个或两个门限,从而招致高于标称值的峰值变革。图2给出了一个幻想的开关掌握波形,图3则为QSW呈现太长封闭延时的波形。


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  图2. 幻想的充电电流掌握波形(没有按比例绘制)





  图3. QSW断开迟缓的充电电流掌握波形(没有按比例绘制)


  计算方法


  ICHARGE的变革率由电感L的电压和电流间的关系式决议:


  V = L × di/dt和dt = L × di/V (公式1)


  由此,QSW的开、关形态持续时间会跟着每种形态下L的电压及ICHARGE从峰值到峰值的变革而差别。ICHARGE的峰峰值由充电模式的滞回电压及招致比力器电平过冲的任何控制电路延时决议。有关检流比力器的基准电压(VIREF)和滞回电压(VHYS_COMP)的界说请参考DS2712数据资料。


  为了简化开关速度的近似计较,假定每一个QSW形态下电感电压连结不变稳定。另外,我们还假定VSENSE从峰值到峰值的中点[VIREF - (0.5 × VHYS_COMP)]连结公道的稳态条件,以便计较每种形态下的电感电压。颠末上述简化,能够计算出QSW_ON和QSW_OFF形态下图1所示参考电路的环路电压,根据下式能够获得给定电池电压下的电感电压:


  VL(QSW_ON) = VIN - VDIODE - VQSW - VQCC - VPAR - VBATT - VSENSE (公式2)


  VL(QSW_OFF) = VQCC + VPAR + VBATT + VSENSE + VDCATCH (公式3)


  因为电池电压在快速充电模式下的电压范畴为1.0V至1.65V,能够起首计较电感电压,然后计较几个事情点的开关速度。我们供给了一个数据表供用户下载。该数据表能够协助计较本使用条记引见的快速充电模式下的3个差别的电池电压以及预充、浮充模式下的电池组电压。


  计算出每种形态、每一个事情点的电感电压后,将控制电路的延时兼并到QSW的开、关时间内。按照我们的近似条件,起首利用以下公式计较因为QSW的开、关延时招致的分外ICHARGE变革:


  di(on delay) = dt × V(on)/Lm,此中dt = tPDLY + tSW_OFF (公式4)


  di(off delay) = dt × V(off)/L,此中dt = tPDLY + tSW_ON (公式5)


  电流的这一分外变革能够看做是ICHARGE因为掌握旌旗灯号或晶体管开关延时而超越比力器门限。为烦琐起见,我们假定电感电压在每种形态下连结稳定。因为延时招致的分外变革被计入滞回惹起的电流变革中,能够停止以下计较:


  di(QSW_ON) = VHYS_COMP/RSENSE + di(on delay) (公式6)


  di(QSW_OFF) = VHYS_COMP/RSENSE + di(off delay) (公式7)


  颠末调解的ICHARGE变革量代入幻想的电感电压等式,分离前面的电感电压计较公式,肯定QSW的整体开、关工夫。凡是,双极型晶体管有可能形成太长的开关延时,需求在计较时加以出格思索,但用户也能够对MOSFET停止建模计较。


  本使用条记引见的公式已建造成一份数据表,有助于烦琐预算DS2712开关模式充电器的开关速度。该数据表说清楚明了用户必需输入的每一个参数或用户能够挑选修正的参数(图4)。





  图4. 开关速度计较表


  第一组参数与参考电路的元件有关;第二部门包罗计较历程中利用的电池组的事情点;第三部门形貌了电流检测比力器的内部设置点,该当将这一部分的默认值与DS2712数据资料的数据停止查对;最初一部分参数是DS2712的固有延时和需求思索的由开关电路惹起的任何分外延时。


  计较成果


  在数据表的第1个表格中输入使用电路的参数后,可从第2个表格检察开关频次计较成果(图5)。该表格显现了每种模式和电池事情条件下的成果,以及获得终极开关速度成果的部门中央成果。这些计较成果包罗每种形态下的电感电压、因为延时招致的ICHARGE变革以及开、关工夫。


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   图5. 开关速度计较成果


  结论


  经由过程预算与参考电路相干的开关速度,还可以获得更多信息。能够看出,影响DS2712开关模式NiMH充电器的开关速度的主要因素有电感值、ICHARGE、高于电池组电压的VIN裕量,有些状况下还能够需求思索QSW的开关延时。本文引见的阐发办法可用于预算这些电路的开关速度,以便在须要时有效地调解开关速度。


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