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集成功率FET的锂离子开关充电器

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　　当输入至输出的开销电压(overhead voltage)和/或充电电流较高时，线性电池充电器的功耗相当大。以一般的便携式DVD播放器(双节锂离子电池组、12V车载适配器、1.2A额定充电电流)为例，其线性充电器的平均功耗超过5W。
　　bq241xx系列开关充电器是对过热问题的简便解决方案。内置功率FET能够提供高达2A的充电电流。同步PWM控制器的工作频率为1.1MHz，输入电压最高可达18V，非常适用于由单节、双或三节电池组供电的系统。该系列开关充电器具有的高电压、高电流、高效率等优异特性，并且与集成的反向漏电保护和内部环路补偿电路一起，井然有序地排列在小型QFN封装(3.5X4.5mm)中，既可节省板级空间，还能缩短系统设计时间。

　　基于bq24103的设计范例如图1所示。在这个设计中，适配器电压为12V，电池组为1800mAH的2S锂离子电池，电池稳压要求为4.2V/节，电池截止电压为3V/节，快速充电电流为1.2A，预充电与终止电流为120mA，安全定时器满量程为5小时。下面将通过计算选择合适的电感、电容和电阻元件。

确定电感L的值

假设纹波电流为30%，则电感可由式(1)求出：

其中L=8.2µH。为防止电感饱和，电感饱和电流应大于峰值电流。

因此可选择8.2µH、1.6A、39mΩ SumidaCDRH5D28电感。

图1：bq24103的应用电路。

确定输出电容C的值

内部环路补偿的谐振频率fO约为16kHz。为达到最佳的环路稳定性,电容C的值为：

因此选择10µF、25VX7R1206陶瓷电容。

确定检测电阻RSNS的值

RSNS上的电压VRSNS等于100mV～200mV，为获得标准的电阻值，将VRSNS设定为120mV，则：

因此选择1%、100mΩ、0.25W电阻。

确定RSET1与RSET2的值

已知VISET1=1.0V、VISET2=0.1V、KSET1=KSET2=1000V/A。

因此选择1%、8.33kΩ 电阻。

确定C1的值

C1用于设定快速充电定时器,可通过下式计算C1的值。

为实现较好的温度性能，请选择0.12µF或0.1µF的X5R或X7R陶瓷电容。

确定RT1与RT2的值

　　RTS为热敏电阻的电阻，其电阻值随温度降低而变小。使用一个103AT-2热敏电阻，并假设该电阻在低温、高温环境下的电阻值分别为RTS_Cold=27306Ω(0℃)、RTS_Hot=4935Ω(45℃)。

　　低温下的电压阈值VLTF=73.5%×VTSB，高温下的电压阈值VHTF=34.4%×VTSB。所以：

由以上方程可以得出RT1=9.31kΩ、RT2=475kΩ。

图2：效率与IOUT的关系曲线(VIN=12V、VBAT=8.4V)。

　　图2 中显示了使用 bq24103 EVM的效率值曲线。为提高效率，在PCB设计时必须遵循以下设计原则：1)电源连线尽可能短，线间距尽可能大；2)电源级与控制级应分别接地，并且在单点上进行连接；3)去耦电容尽量靠近引脚；4)最小化电流传感反馈环路；5)电感尽量靠近OUT引脚。

作者：Anne Huang，产品经理，Email:sh@ti.com，德州仪器

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