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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


  设想开关形式电池充电器DS2712时,敏捷肯定电路的开关频次局限异常有效。相识并掌握开关频次能够资助优化电感挑选,为晶体管的挑选和PCB布板供应指点。关于DS2712,因为一切充电形式下的参考电压是流动的,因而充电形式不会影响开关频次(正在DS2715中,充电形式则会影响开关频次)。开关频次的设置重要由电感完成,而电池电压的转变则是引发开关频次转变的主要因素。本运用条记对DS2712的充电电路停止了剖析,同时供应一个轻便易用的数据表去资助预算开关频次。


  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正在一切充电形式下将RSENSE的电压调治到预设数值。检流电阻和预置的基准电压掌握ICHARGE。关于NiMH电池,一般有4个充电阶段—那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治。预充电和浮充状况下的电流为快速充电状况下均匀充电电流的25%,连结形式下的电流为快速充电状况下电流的1/64。


  电池组的状况决意进入哪个充电状况。电池电压低于1.0V时,接纳预充电形式迟缓天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时接纳快速充电形式,但也能够正在到达别的前提时停止快速充电。快速充电连续预先设置的一段时间后进入浮充形式。RPARASITIC是一个可选参数项,用于示意电池、保险丝或别的非幻想导体引线的寄生压降。





  图1. DS2712开关形式参考电路


  用于调治检流电阻电压的控制电路包孕一个带有基准的滞回对照器,对照器输出驱动一个开漏输出引脚。经由过程QCC和CC输出引脚(图中没有示出)去改动各开关形式下的占空比。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,包孕反应电路及开关切换QSW和DCATCH的一切延时。这些延时会使ICHARGE凌驾对照器的一个或两个门限,从而致使高于标称值的峰值转变。图2给出了一个幻想的开关掌握波形,图3则为QSW泛起过长封闭延时的波形。


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  图2. 幻想的充电电流掌握波形(没有按比例绘制)


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  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的转变率由电感L的电压和电流间的关系式决意:


  V = L × di/dt和dt = L × di/V (公式1)


  由此,QSW的开、闭状况持续时间会跟着每种状况下L的电压及ICHARGE从峰值到峰值的转变而差别。ICHARGE的峰峰值由充电形式的滞回电压及致使对照器电平过冲的任何控制电路延时决意。有关检流对照器的基准电压(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盘算,假定每一个QSW状况下电感电压连结稳固稳定。另外,我们借假定VSENSE从峰值到峰值的中点[VIREF - (0.5 × VHYS_COMP)]连结公道的稳态前提,以便盘算每种状况下的电感电压。经由上述简化,能够计算出QSW_ON和QSW_OFF状况下图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)


  因为电池电压正在快速充电形式下的电压局限为1.0V至1.65V,能够起首盘算电感电压,然后盘算几个事情点的开关速度。我们供应了一个数据表供用户下载。该数据表能够资助盘算本运用条记引见的快速充电形式下的3个差别的电池电压和预充、浮充形式下的电池组电压。


  计算出每种状况、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、闭时间内。凭据我们的近似前提,起首运用以下公式盘算因为QSW的开、闭延时致使的分外ICHARGE转变:


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


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


  电流的那一分外转变能够看做是ICHARGE因为掌握旌旗灯号或晶体管开关延时而超越对照器门限。为轻便起见,我们假定电感电压正在每种状况下连结稳定。因为延时致使的分外转变被计入滞回引发的电流转变中,能够停止以下盘算:


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


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


  经由调解的ICHARGE转变量代入幻想的电感电压等式,联合前面的电感电压盘算公式,肯定QSW的整体开、闭工夫。一般,双极型晶体管有可能形成过长的开关延时,需求正在盘算时加以稀奇思索,但用户也能够对MOSFET停止建模盘算。


  本运用条记引见的公式已建造成一份数据表,有助于轻便预算DS2712开关形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. 开关速度盘算表


  第一组参数取参考电路的元件有关;第二局部包罗盘算历程中运用的电池组的事情点;第三局部形貌了电流检测对照器的内部设置点,应当将那一部分的默认值取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引发的任何分外延时。


  盘算效果


  正在数据表的第1个表格中输入运用电路的参数后,可从第2个表格检察开关频次盘算效果(图5)。该表格显现了每种形式和电池事情条件下的效果,和获得终究开关速度效果的局部中央效果。这些盘算效果包孕每种状况下的电感电压、因为延时致使的ICHARGE转变和开、闭工夫。





   图5. 开关速度盘算效果


  结论


  经由过程预算取参考电路相干的开关速度,借可以获得更多信息。能够看出,影响DS2712开关形式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,有些状况下借能够需求思索QSW的开关延时。本文引见的剖析要领可用于预算这些电路的开关速度,以便正在需要时有效天调解开关速度。


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