这说明描述一个完整的充电电路的设计。单细胞锂聚合物电池被充电在两个阶段：达到恒电流（CC），直到电压极限，然后恒定电压，直到电流是低于初始恒流充电电流的约10％的设定的阈值。锂聚合物电池是单细胞，它是在大众市场的共同选项可用。单细胞锂聚合物充电器被集成到许多电子设备如手机和物联网产品，与锂聚合物电池本身一起。亚博电竞菠菜电源充电器常用的选项调节+5伏电源，如USB电源，交流适配器等。

锂聚合物电池的充电过程

除了主要的充电阶段CC和CV，有预处理，顶掉期和维护模式。充电深度放电的电池时，需要预处理。

图1. Li-Pol电池充电过程

这种电池充电，电流低电流（占总电荷电流的10％），直到电池电压达到3.0V。定时顶部关闭阶段继续为电池充电，以便在完整的充电周期之后提供最佳电池容量。在此循环期间，当ICHG达到2.5％的全速率充电电流或TTOPOFF超时时，充电终止，以先发生这种情况。完成顶部关闭阶段后，维护模式监控电池电压，如果启动新的充电周期低于4.0V的电压降。阶段和转换呈现在图2中。图1示出了与每个状态/状态转换相关联的不同电压。

规格和功能

在本应用指南中，我们将专注于单细胞锂聚合物充电器由稳压+5伏电源，如USB端口电源供电。由于电源被调节和电压降相对较低，选择线性充电器电路的方法。

它还最小化了EMI辐射和屏蔽要求。为了实现高充电电流，我们使用GreenPak IC作为控制电路和外部“电源”电路。GreenPak充当“Li POL Charge Management Controller”，以及特点：

全速率充电电流通过外部电阻进行编程，允许电流高达2500mA¹
注1个更高的电流大于2500毫安可以通过更换电流检测电阻器来实现
高精度预设电压调节：4.2V±0.75％，可设置：4.25V，4.35V，4.38V
内置多种安全定时器
充电状态指示
连续过流保
近耗尽电池预调节可设置：10％，20％，40％ICHG或Disable
具有自动充电的维护模式
结束充电控制可设置为5％，10％，15％或20％ICHG
电池存在检测
不良电池检测和指示

电源电路

图2电源电路的示意性

遵循图2中的示意图。图2是：逻辑电平PMOS晶体管用作通过晶体管，从而从低功率Opamp SLG88102V直接驱动。使用简单的电流镜Opamp电路，精密分流电阻使高侧电流检测，调节和转换为接地参考。标准精度参考（TL431B）用于设定输出电压。该电路设计为电流有限的电压调节器，CC / CV级转换不需要控制动作。LED指示灯由GreenPak直接驱动。

输出电压从TL431B（0.5％）和电阻分压器实现0.75％的精度，电阻分压器具有0.1％精密电阻。如果需要更严格的公差，则可以选择更高的精度组件以实现它。

电流限由电阻器R2的电流镜电路，每安培100欧姆的值进行设置。例如，对于2.5安培电流限制，R2 = 250欧姆。电流检测电阻是0.1Ω和电压下降为电流高达2.5安培足够小。上述的是，电流检测电阻值应该低，以减少电压下降，例如0.05Ω。对于除0.1Ω其他电流检测电阻，电流镜电阻器R2必须重新计算：R2 = ICHG *器Rcs /1毫安。当选择电流检测电阻器，不要忘记考虑它的额定功率。

对于电流高达500mA（电池容量500mAh），通过晶体管不需要散热器，因为功率耗散小于1W。在该电流之上，通过晶体管应安装在散热器上以避免过热。最大功耗发生在从预处理阶段到满电量的过渡，并且每0.5次充电电流（6W @ 300），最坏情况下大约为1W。

为了ΔT和电池容量CB的最大温度升高，散热沉热电阻必须小于RHS =ΔT/（2 * CB / 1000）。例如，ΔT= 20℃和Cb = 2500mAh产生热阻Rhs≤20/ 5 = 4°C / w。

遵循适当的PCB布局规则，例如高电流路径的宽/短迹线，以及用于电压感测的单独迹线。

GreenPak设计

选择SLG46531V GreenPak 5为此设计，因为它提供了异步状态机块和4个模拟比较器，具有丰富的附加逻辑块。如图3所示，GreenPak设计是模块化的：

模拟模块带模拟比较器，用于电池电压和充电电流，
基于GreenPAK ASM块上控制模块
时序模块
用于光指示器控制的信号模块
I2C串行通信的接口模块

模拟模块

Li-POL电池充电需要精确的电池电压测量，具有紧凑的公差，可以正确和安全地工作。这就是为什么外部电压参考，分压器和低偏移运算放大器用于该部分。

电流测量几乎与电池电压测量几乎是关键的，并且相同的电压阈值对于阶段转换的电压阈值。GreenPak内部比较器完全取决于这些任务，并且没有必要的外部组件。

为了控制Li POL充电型材，必须实现至少2个阈值：

1A）预处理阈值（3V的电池电压）

2A）电荷终点阈值（10％充电电流）

有关额外充电器功能：电池检测，维护模式/自动充电和顶部关闭模式，需要3个阈值：

1b）的电池检测（在4.5V输出电压）

2B）充电阈值（低于4.0V的电池电压）

3B）托盘终点阈值（2.5％的充电电流）

图3. GreenPak设计原理图

由于SLG46531V只有4个比较器，用于顶掉阶段第五阈值由一次EOC被检测到，顶部关闭阶段期间缩放所述电流感测信号来实现。SCCS信号关闭一个附加电阻，减小电流检测电阻分压器的比例，由此增加在GreenPAK输入端子的电流的感测信号。由于比较的阈值保持不变，充电电流的需求进一步下降，达到新的门槛。

为了避免噪声引发的问题，所有比较编程与25mV的滞后。

电池检测基于电压检测输入（VS引脚）上的弱上拉电阻。如果没有连接电池，则上拉电阻会将比较器输入的电压提高到正电源（5V），高于常规Li-Pol电池的最大限制。连接电池时，它将定义VS引脚的电压，小上拉电流不会影响它。

基于GreenPak ASM块的控制模块

控制电路的实现基于GreenPak的状态机功能。在8个可用状态中，6用于捕获电池/充电器的相关状态，一个用于电流限制水平，一个用于阻塞充电器。

图4. ASM连接

应用2位和3位LUT块以形成ASM状态转换的控制信号。

状态信号被命名为ST_前缀和在定时和信令模块进一步使用。他们是活跃的“1”时，ASM是在相关阶段有关国家/充电器。

Frchg信号将当前限制设置为全速率。它处于充电和顶级阶段。块信号覆盖外部电路控制回路并关闭通过晶体管，从而停止充电器。它在所有状态中都是活跃的，除了：预处理，充电和顶部的充电状态。

控制模块可以通过I2C命令停止或按下“启用”引脚。“启用”引脚有100K上拉，以便默认启用充电器。

启用/禁用来自I2C块控制打开LUT门的信号。这使得I2C能够控制ASM转换。I2C控制信号如表1所示：

表1. I2C控制信号

信号	位置	默认
禁用充电器	I2C→OUT0.	0，启用
禁用预处理	I2C→Out1.	0，没有禁用
禁用顶部	I2C→OUT2.	0，没有禁用

图5. GreenPak中的状态图

ASM设计

如图5所示，三个主要状态覆盖了三个充电阶段：预处理，充电和顶部，而其他状态控制无充电时段。初始ASM状态是“无电池”，因为充电器可能会供电，同时没有电池连接到充电器输出。连接电池时，电路将自动检测电池存在并开始充电。如果电池未深入放电，电池电压已经高于3.0V，ASM将立即切换到全速率充电阶段，否则将在后面发生转换。如果预处理阶段或充电阶段持续太长，则相关定时器将设置ASM“不良电池”状态。

在此阶段，可以通过卸下输入电源或通过外部命令来清除不良电池状态（I2C命令“禁用充电器”或拉下“启用”引脚）。

时序模块

如图6中所示，定时模块包括在第二和分钟的间隔产生信号的时钟电路。秒时钟被用于LED指示器，而分钟时钟用于安全计时器。

图6.定时模块设计

安全定时器范围从几分钟到几小时，所以CNT / DLY块用于实现由低频分钟时钟提供的相关阶段的计时器。几分钟时钟通过使用两个级联的CNT / DLY块除以25kHz内部OSC频率而产生，第一块形成1Hz（秒）时钟和第二块形成1 / 60Hz（分钟）时钟。

计时器在相关的ASM输出信号上启动，并在计时器到期时断言其输出（TPREC，TCHG或TTOP）。

安全定时器的持续时间是通过通过I2C块设置相关的CNT / DLY块的计数器值来编程。值是在几分钟内。预处理和顶部关闭定时器的可用范围是8位（1至255），以及充电定时器16位（1至65535）。表2中显示的默认值是：

表2.计时器默认值

计时器	默认	范围
预处理	30分钟	1-255分钟
收费	5小时（300分钟）	1-65535分钟（1000小时）
顶	30分钟	1-255分钟

指示符和信令模块

该电路用于驱动两个LED作为状态和操作指示器。绿色LED“充电”表示使用脉冲代码的所有三个充电状态：

短脉冲：预处理阶段
50:50脉冲：全速率充电阶段
长脉冲（倒置短）：顶部关闭阶段
ON：维护模式（电池满）
关：无电池

红色LED“BAD电池”表示如果附加的电池不可用或无法充满电，则表示错误状态。例如，如果电阻器连接到输出而不是电池，则该指示灯也将激活。

图7.充电指示灯电路

图7示出了使用一个CNT / DLY块和3位LUT的指示器电路实现。CNT / DLLY块用于从1Hz（秒）时钟进行对称50:50信号，以指示全速率充电模式所需的。LUT选择基于ASM状态的指示模式。

表3. I2C可编程参数

输出电压	4.2V	4.25V.	4.35V.	4.38V.
拉下StVREG销	不	1MΩ.	100kΩ.	不
STVREG信号	离开	离开	离开	在

预处理	10％Ichg.	20％ICHG	40％ICHG.
拉下STIPREC PIN	不	10kΩ.	纳米
STIPREC信号	离开	离开	ON（开水）

EoC.	5％ichg.	10％Ichg.	15％Ichg.	20％ICHG
拉下CS引脚	1MΩ.	1MΩ.	1MΩ.	不
拉下SCCS引脚	100kΩ.	1MΩ.	不	不
分频比	1/4	〜1/2（0.51）	2/3	1
与SCCS除法器比率（顶掉期）	0.15	0.15	0.15	0.17

接口模块

接口模块利用GreenPak I2C通信功能。它能够实现外部信令，例如，使用MCU或单板计算机。信令可以进行编程充电器参数，控制充电器操作并监控充电过程。

可编程参数（如表3所示）：定时器持续时间，使能/禁用预处理阶段，使能/禁用顶部关闭阶段，输出电压（4.2V，4.25V，4.35V，4.38V），设置预处理电流水平（10％，20％，40％ICHG），设定充电终点（5％，10％，15％或20％ICHG）监测状态：通过读取ASM状态/输出，阶段持续时间（计数器）持续时间，引脚状态，回读当前设置。

图8. GreenPak仿真窗口

表现

充电器电路的主要特性如下表4所示。

测试GreenPak设计

GreenPak设计器开发套件中包含的GreenPak仿真工具用于测试此IC设计（图8）。模拟信号发生器用于模拟电压和电流检测输入。

自定义信号旨在覆盖标准充电型材的所有阶段。电池充电是一个长工艺，因此为了实现有效的测试，每个阶段都加速到模拟持续时间为10秒。这是检查相关控制信号的足够时间，仍然是一个完整的测试循环长度不到2分钟。

表4.电气特性

I2C工具用于检查内部信号状态，如ASM输出，模拟比较器输出以及内部计数器的状态。

GreenPak生成的控制信号可在GreenPak通用开发板的测试引脚上访问。图在图4中示出。9。

图9.示例测试图

最终测试

出于最终测试的目的，电源电路在面包板上组装，并使用贴片线连接到GreenPak通用开发板。外部LED在面包板上没有连接，因为LED已经在GreenPak开发板上提供。

测试电池是一个扁平的LI-PO电池2400mAh 3.7V在中国制造。电流镜电阻设置为250Ω，将全速率充电电流ICHG限制为2.4。充电结束电流设定为10％。ichg。

定时器设置为默认值：预处理30分钟，充电5小时，顶部关闭30分钟。在开始测试之前，使用2Ω电阻放电电池。电池内置过放电保护，当电压低于2.5V时，它会关闭到高阻抗状态。

正因为如此，这是不可能的，以证明充电器的预处理功能耗尽这个特殊的电池。

在测试开始时，电池电压低于3V，充电器插入电源。将电池连接到充电器触发过渡到过渡没有电池州到了预处理阶段。一旦电池被连接至充电器，电池电压上升到高于3.0V和充电器转变到收费阶段和充电电流仅限于全速率电流ICHG。在图10的图10中，预处理阶段太短暂。在充电过程中，绿色LED指示充电阶段。电池电压和充电电流测量并在图10中示出。恒定电流阶段持续约15分钟，恒定电压级超过2小时。可以通过调整电压误差放大器的增益来改变CC至CV定时比率。

图10. GreenPak通用发展委员会

CC阶段的增益越高。

一旦充电电流下降到低于结束充电阈值时，充电器关断传输晶体管，转移到维护模式。充电电流下降到零和电池电压一会，（电池的正常化学过程）略微下降，但几分钟后稳定。

结论

有许多专业IC，专为市场上提供的LI / POL电池充电设计。它们通常是成熟的，低功耗，功能丰富，性能高，可编程，以竞争价格提供额外的灵活性。提出的GreenPak IC解决方案不能竞争其中一个的精确替代品。

图11.测量的充电曲线图

但是，专用IC依然相对有限的，固定的。亚博国际官网平台网址应用中，这GreenPAK基于IC充电器解决方案是有利的只是在专用IC不适那些需要特定的功能。有在GreenPAK剩余电路，其可用于实现与电池的充电过程，或者可能希望一些其它完全独立的硬件功能的功能。

它不适用于本申请说明，以涵盖Li POL电池的所有配置和容量的充电。目的是展示GreenPak生态系统的灵活性以及如何提供正确的解决方案，以便以适当的设计覆盖所有这些。

AN-1166锂聚合物电池充电器使用GreenPAK状态机

参考

介绍