SL1053 это контроллер для организации линейного зарядного устройства одиноячеечной Lithium-Ion или Lithium-Polymer батареи. Контроллер SL1053 разработан для компактных и недорогих переносных устройств (цифровые камеры, наладонники, сотовые телефоны и т. п.). В контроллере имеется индикация состояния зарядки, возможность прекращения заряда, мониторинг температуры батареи, точные регулировки тока и напряжения, и все это в корпусе типа SOP-8.
SL1053 заряжает батарею в 3 режимах - предзаряд (precharge), постоянный ток, постоянное напряжение. Если напряжение батареи ниже порогового напряжения предзаряда VO(MIN), то SL1053 осуществляет зарядку батареи пониженным током. После предзаряда, когда напряжение на батарее вырастет выше VO(MIN), SL1053 прикладывает к батарее постоянный, стабилизируемый ток. Внешний резистор в виде датчика тока устанавливает ток зарядки. За стадией зарядки постоянным током следует стадия зарядки постоянным напряжением, пока батарея не достигнет полного заряда.
Температура батареи постоянно измеряется с помощью внешнего резистора, подключенного к выводу TS. SL1053 запрещает заряд, пока температура батареи не окажется в пределах, заданных пользователем.
Основные возможности контроллера SL1053:
• Предназначен для батарей Lithium-Ion или Lithium-Polymer с одной ячейкой 4.2V. • Минимальное количество необходимых внешних компонентов. • Режимы заряда: предзаряд, постоянный ток, постоянное напряжение. • Мониторинг температуры батареи. • Индикация состояния зарядки. • Автоматический запуск повторной зарядки батареи. • Детектирование прекращения зарядки. • Режим автоматического перехода в режим сна, когда отключается питание с вывода VDD. • Корпуса MSOP-8 и SOP-8. • Совместимость по пайке с RoHS, 100% отсутствие содержания свинца, (Pb)-Free.
Вывод
Назначение
VDD
Плюс питания.
TS
Вход для подключения датчика контроля температуры. Входное напряжение должно быть между VTS1 и VTS2, в противном случае контроллер считает, что температура батареи превышает допустимый диапазон.
STAT1
Выход для индикатора состояния заряда, предназначен для подключения светодиода (или светодиодов). Во время заряда выход STAT1 имеет высокое напряжение относительно GND. Когда зарядка завершается, выход STAT1 будет подтянут к GND. Когда с батареей есть проблема или температура, которую показывает TS, превышает заданный диапазон, выход переключается в состояние высокого сопротивления.
STAT2
То же самое, что и STAT1, только логика переключения для индикации заряда противоположная: когда идет заряд, выход STAT2 притянут к земле, а когда заряд закончен, к высокому уровню. Когда с батареей есть проблема или температура, которую показывает TS, превышает заданный диапазон, выход STAT2 переключается в состояние высокого сопротивления.
GND
Земля, общий провод, минус питания. Сюда подключается отрицательный полюс внешнего источника питания и отрицательный полюс заряжаемой батареи.
CC
Выход для управления регулирующим транзистором. Соединяется либо с базой биполярного транзистора структуры PNP, либо с затвором P-канального полевого транзистора MOSFET.
CS
Вход для выбора тока зарядки. Ток заряда определяется падением напряжения на резисторе - датчике тока, подключенном между между источником питания и входом регулирующего элемента (эмиттер биполярного транзистора или исток полевого).
BATT
Вход для обнаружения батареи. Подключается непосредственно к положительному полюсу батареи.
Как можно заметить, контролер SL1053 отличается от SL1051 тем, что у SL1053 нет входа управления включением/выключением заряда, и есть дополнительный выход индикации состояния заряда STAT2. В остальном контроллеры SL1051 и SL1053 почти ничем не отличаются.
[Типовые схемы включения]
Рис. 1. Пример схемы включения с применением P-канального транзистора MOSFET.
Рис. 2. Пример схемы включения с применением биполярного транзистора PNP.
Рис. 3. Диаграммы тока и напряжения процесса заряда.
Максимально допустимые параметры (см. примечание 1):
Параметр
Значение
Напряжение питания VDD
-0.3V .. +7V
Температура хранения
-65°C .. 150°C
Рассеиваемая мощность PD (TA = 25°C)
300mW
Температура кристалла
150°C
Рабочая температура TA
-40°C .. +125°C
Защита от статического электричества (ESD, см. примечание 2)
4KV
Рекомендуемые эксплуатационные параметры (см. примечание 3):
Параметр
Значение
Напряжение питания VDD
+4.5V .. +7V
Рабочая температура TA
-20°C .. +70°C
Электрические параметры (TA = 25°C):
Параметр
Обозначение
Условия испытаний
Min
Typ
Max
Ед.
Рабочий ток
IDD(OPE)
4.5V < VDD < 7.5V
-
1
2
mA
Ток утечки через контроллер в режиме ожидания (сон)
IDD(sleep)
VBATT - VDD ≥ 0.2V
-
-
3
μA
Входной ток вывода BATT
IBATT
VBATT=VO(REG), VBATT-VDD≥0.2V
-
1.5
2.6
μA
Входной ток вывода TS
ITS
VTS=5V, VBATT-VDD≥0.2V
-
-
1.1
μA
Входной ток вывода CS
ICS
VCS=5V, VBATT-VDD≥0.2V
-
-
1.1
μA
Выходное регулируемое напряжение
VO(REG)
4.160
4.20
4.240
V
Порог напряжения для регулирования тока зарядки (падение напряжения на датчике тока RCS)
Напряжения порога окончания зарядки (падение на датчике тока RCS)
V(TERM)
V(TERM)=VDD-VCS
2
12
22
mV
STAT1, STAT2 низкий уровень
VSTAT(LOW)
IOL=10mA
-
0.4
0.6
V
STAT1, STAT2, высокий уровень
VSTAT(HIGH)
IOH=5mA
VDD-0.5V
-
-
V
Напряжение порога низкой температуры
VTS1
28
30
32
%VDD
Напряжение порога высокой температуры
VTS2
68
70
72
%VDD
Примечания:
1. Уровни напряжения, указанные в таблице предельных значений, могут привести к необратимому повреждению микросхемы. Эти данные указаны как стрессовые, так что функционирование микросхемы на границах этих пределов и при их превышении не гарантируется. Длительное пребывание микросхемы при максимальных указанных условиях может привести к снижению надежности.
2. Микросхемы чувствительны к статическому электричеству, поэтому рекомендуются соответствующие меры предосторожности.
3. Функционирование устройства вне указанных условий не гарантируется.
Детектирование батареи. Если батарея уже установлена, и входное питание VDD отсутствует, то SL1053 войдет в режим сна, чтобы не потреблять мощность от батареи. Затем когда и входное питание, и напряжение от батареи присутствуют, проверяется температура батареи. Напряжение на выводе TS должно быть в допустимых пределах (между VTS1 и VTS2), и тогда SL1053 начнет цикл зарядки, основываясь на напряжении на батарее.
Режим предзаряда. Когда напряжение на батарее меньше порога precharge (порог предзаряда) VO(MIN), SL1053 начнет зарядку в режиме предварительного заряда, когда ток зарядки устанавливается приблизительно на 10% от максимального тока, который прикладывается в режиме зарядки стабильным током. Назначение этого режима - минимизировать рассеивание мощности на внешнем силовом регулирующем элементе, и восстановить ячейки глубоко разряженной батареи.
Режим зарядки постоянным током. Когда напряжение на батарее окажется между порогом предзаряда VO(MIN) и порогом перехода на заряд постоянным напряжением VO(REG), SL1053 начинает заряжать батарею постоянным током. SL1053 проверяет падение напряжения VI(SNS) на датчике тока - резисторе RCS, который подключается между выводами VDD и CS. Следующее выражение позволяет вычислить желаемый регулируемый ток зарядки IO(REG):
VIN(SNS) IO(REG) = -------- RCS
Режим зарядки постоянным напряжением и завершение заряда. Когда напряжение батареи достигает порога напряжения VO(REG), запускается режим стабилизации выходного напряжения, которое подается на заряжаемую батарею, и тогда ток заряда постепенно снижается, как показано на рисунке 3. Как только ток зарядки уменьшится до порога прекращения заряда, SL1053 завершит цикл зарядки (батарея заряжена).
Режим перезапуска заряда. После завершения заряда, если напряжение на батарее упадет ниже порога повторного запуска заряда VO(RCH), SL1053 начнет новый цикл зарядки в соответствии с текущим напряжением батареи.
Детектирование температуры батареи. SL1053 постоянно, в режиме реального времени анализирует температуру батареи, измеряя напряжение на выводе TS. Термистор с отрицательным (NTC), или с положительным температурным коэффициентом (PTC) может быть подключен параллельно резистору RT2 для изменения напряжения на выводе TS в соответствии с температурой батареи (как показано на рис. 5).
Рис. 5. Подключение термистора для контроля температуры батареи.
Напряжение на выводе TS при нормальной температуре должно быть в диапазоне, показанном на рис. 6, и тогда SL1053 может запустить свое нормальное функционирование.
Рис. 6. Пороги допустимого напряжения на выводе TS, соответствующие нормальной и ненормальной температуре батареи.
Значения резисторов RT1 и RT2 можно вычислить из следующих выражений. Для термисторов NTC (отрицательный температурный коэффициент, когда с ростом температуры сопротивление термистора уменьшается):
5*RTL*RTH RT1 = ----------- 3*(RTL-RTH)
5*RTL*RTH RT2 = ----------- 2*RTL-7*RTH
Для термисторов PTC (положительный температурный коэффициент, когда с ростом температуры сопротивление термистора увеличивается):
5*RTL*RTH RT1 = ----------- 3*(RTH-RTL)
5*RTL*RTH RT2 = ----------- 2*RTH-7*RTL
В этих формулах RTL это сопротивление термистора в для нижней желаемой температуры и RTH для самой высокой желаемой температуры. Характеристики сопротивления термисторов указаны в даташитах производителем, либо можно получить значения сопротивлений экспериментально.
Если функция контроля температуры не нужна, то самый простой метод отключить её - установить резисторы RT1 и RT2 одинакового номинала, и отключить термистор.
Индикация состояния процесса зарядки. SL1053 показывает статус зарядного устройства выводами с тремя состояниями STAT1 и STAT2. Следующая таблица показывает состояния этих выводов в соответствии с состоянием контроллера.
Режим SL1053
Состояние выхода STAT1
Состояние выхода STAT2
Зарядка батареи
Высокий уровень
Низкий уровень
Зарядка окончена
Низкий уровень
Высокий уровень
Проблема с температурой батареи или выход батареи замкнут.
Выход отключен (высокое сопротивление)
Выход отключен (высокое сопротивление)
Выбор силового элемента - P-канальный транзистор MOSFET или PNP. SL1053 может управлять PNP или P-канальным MOSFET транзистором для регулирования зарядного тока. При выборе регулирующего транзистора PNP или MOSFET следует рассматривать максимально допустимый ток, максимально допустимую рассеиваемую мощность и рабочее напряжение. Максимальная рассеиваемая мощность будет в режиме зарядки постоянным током, её можно вычислить по формуле:
PD(MAX) = I(SNS) * (VDD - 0.1V - 2.8V)
I(SNS) это падение напряжение на датчике тока (резисторе RCS). Минимальное падение напряжения на датчике тока RCS составляет 0.1V, минимальное напряжение предварительного заряда 2.8V.
Выбор входных и выходных конденсаторов. Максимально близко к выводам контролера на входе и выходе следует подключить блокирующие конденсаторы. Между выводами питания VDD и заземления важно поставить керамический конденсатор емкостью порядка 0.1 мкф. Между VBATT и GND рекомендуется поставить конденсатор 1 мкф. Он поможет сохранить напряжение на некоторое время, пока батарея не установлена.
