DS2715電池充電器的開關(guān)速度因充電模式、電感選擇和電池電壓而異。在某些情況下，應(yīng)知道各種條件下的速度，以考慮噪聲靈敏度、峰峰值充電電流和電感選擇限制。本應(yīng)用筆記提供了一個(gè)易于使用的電子表格，用于估算不同元件值、電池參數(shù)和充電模式的電路開關(guān)速度。

介紹

在開關(guān)模式下使用DS2715電池充電器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，快速確定電路預(yù)期轉(zhuǎn)換的頻率范圍非常有用。了解和控制開關(guān)頻率有助于優(yōu)化電感器選擇，為晶體管選擇提供指導(dǎo)，并規(guī)定PCB布局考慮因素等。通過DS2715進(jìn)行NiMH充電的不同階段，不同的電流源需求和電池單元電壓會(huì)在很寬的范圍內(nèi)改變工作頻率。本應(yīng)用筆記分析了DS2715開關(guān)模式電路，并提供了一個(gè)易于使用的電子表格，用于估算不同工作點(diǎn)的開關(guān)頻率。

電路概述

圖1所示為降壓開關(guān)充電器的等效電路，其中電池和檢流電阻作為負(fù)載。DS2715通過調(diào)節(jié)R兩端的電壓來工作意義到預(yù)設(shè)值。檢測電阻值以及該預(yù)設(shè)基準(zhǔn)電壓控制I的值負(fù)責(zé).對(duì)于鎳氫電池，首選四個(gè)充電階段，其中三個(gè)階段（預(yù)充電、快速充電和浮充）通過檢測電阻兩端的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。第四階段，維護(hù)，通過非穩(wěn)壓路徑以小的連續(xù)充電電流補(bǔ)充電池的自放電。預(yù)充電和浮充狀態(tài)的工作電流為快速充電期間調(diào)節(jié)的平均電流的 25%。這在DS2715中通過調(diào)節(jié)V的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓來實(shí)現(xiàn)。意義以減少 I負(fù)責(zé).

根據(jù)電池組的狀態(tài)輸入各種充電狀態(tài)。當(dāng)電池電壓小于1.0V時(shí)，采用預(yù)充電模式對(duì)耗盡的電池緩慢充電。快充模式僅在電池電壓高于1.0V且不超過1.65V時(shí)使用，但也可能在滿足其他快充條件時(shí)終止。浮充模式在預(yù)設(shè)的時(shí)間段內(nèi)遵循快速充電模式。R寄生是添加到參考電路中的可選參數(shù)，用于表示由于電池、保險(xiǎn)絲或其他連接不理想而可能發(fā)生的任何顯著寄生壓降。

圖1.DS2715開關(guān)基準(zhǔn)電路

用于調(diào)節(jié)檢測電阻電壓的控制電路由一個(gè)帶遲滯的比較器和一個(gè)驅(qū)動(dòng)漏極開路輸出引腳的基準(zhǔn)電壓組成。預(yù)充電和浮充模式的遲滯約為快速充電值的25%，因?yàn)檫@些模式使用的基準(zhǔn)電壓較小。開關(guān)速度由 I 所需的時(shí)間決定負(fù)責(zé)從一個(gè)峰值到另一個(gè)峰值，然后再返回，其中包括反饋電路和轉(zhuǎn)動(dòng)Q過程中的任何延遲西 南部和 D抓住斷斷續(xù)續(xù)。這些延遲導(dǎo)致負(fù)責(zé)超過一個(gè)或兩個(gè)比較器閾值，產(chǎn)生比標(biāo)稱值更大的峰峰值變化。圖2顯示了理想開關(guān)控制波形的示例，圖3顯示了Q西 南部.

圖2.理想的充電電流控制波形。（未按比例繪制。

圖3.具有慢Q值的充電電流控制波形西 南部關(guān)閉。（未按比例繪制。

計(jì)算方法

I 的變化率負(fù)責(zé)由理想電感L的電壓和電流關(guān)系決定。

V = L × di/dt 和 dt = L × di/V

因此，Q 的開和關(guān)狀態(tài)的時(shí)間量西 南部隨每種狀態(tài)下L兩端產(chǎn)生的電壓以及I的變化而變化負(fù)責(zé)從一個(gè)高峰到另一個(gè)高峰。I 的峰峰值負(fù)責(zé)由充電模式的遲滯值和導(dǎo)致比較器電平過沖的任何控制電路延遲設(shè)置。參見DS2715數(shù)據(jù)資料，了解檢測比較器快速充電基準(zhǔn)電壓（V足球俱樂部）和遲滯電壓（VHYS_FC).

為了簡化開關(guān)速度近似值，我們假設(shè)電感兩端的電壓對(duì)于每個(gè)Q西 南部狀態(tài)保持不變。我們還假設(shè) V 的中點(diǎn)意義從峰值到峰值 [V足球俱樂部+ （0.5 × VHYS_FC）]為計(jì)算每種狀態(tài)的電感電壓提供了合理的穩(wěn)態(tài)條件。通過這些簡化，圖1中基準(zhǔn)電壓源電路環(huán)路周圍的壓降為QSW_ON和 QSW_OFF可以計(jì)算狀態(tài)以產(chǎn)生給定電池電壓的電感電壓，如下所示：

VL(QSW_ON) = VIN - VDIODE - VQSW - VPAR - VBATT - VSENSE (Eq. 1)

VL(QSW_OFF) = VPAR + VBATT + VSENSE + VDCATCH (Eq. 2)

由于在快速充電模式下，電池電壓可能在1.0V至1.65V范圍內(nèi)變化，因此計(jì)算電感電壓，然后計(jì)算幾個(gè)工作點(diǎn)的開關(guān)速度非常有用。該電子表格可供下載，該電子表格將針對(duì)快速充電模式下的三種不同電池電壓以及預(yù)充電和浮充模式下的一個(gè)電池組電壓執(zhí)行本應(yīng)用筆記中所述的計(jì)算。

一旦計(jì)算出每個(gè)狀態(tài)和每個(gè)工作點(diǎn)的電感電壓，控制電路中的任何延遲都可以計(jì)入Q西 南部.對(duì)于我們的近似值，這是通過首先計(jì)算 I 中的額外變化來實(shí)現(xiàn)的負(fù)責(zé)由于Q的導(dǎo)通和關(guān)斷延遲西 南部根據(jù)以下公式：

di(on delay) = dt × V(on)/L, where dt = tPDLY + tSW_OFF (Eq. 3)

di(off delay) = dt × V(off)/L, where dt = tPDLY + tSW_ON (Eq. 4)

電流的這種額外變化可以被認(rèn)為是 I負(fù)責(zé)由于控制信號(hào)或晶體管開關(guān)延遲而導(dǎo)致的比較器閾值過沖。為簡單起見，我們假設(shè)電感電壓在每種狀態(tài)下保持恒定。當(dāng)由于延遲引起的額外di被添加到由于遲滯引起的理論電流變化中時(shí)，我們有：

di(Qsw_ON) = VHYS_FC/RSENSE + di(on delay) (Eq. 5)

di(Qsw_OFF) = VHYS_FC/RSENSE + di(off delay) (Eq. 6)

此調(diào)整后的增量 I負(fù)責(zé)與先前計(jì)算的電感電壓一起代入理想電感方程，以確定總Q值西 南部打開和關(guān)閉狀態(tài)時(shí)間。通常，雙極性電路最有可能產(chǎn)生足夠的開關(guān)延遲，因此需要考慮這種額外的延遲水平，但用戶也可以為MOSFET電路建模延遲。

本應(yīng)用筆記中描述的公式在電子表格中實(shí)現(xiàn)，便于估算DS2715開關(guān)模式充電器電路的開關(guān)速度。電子表格描述了用戶必須輸入的每個(gè)參數(shù)，或者用戶可以選擇修改的每個(gè)參數(shù)（圖 4）。

圖 4.開關(guān)速度計(jì)算電子表格。

第一組參數(shù)與參考原理圖的元件屬性有關(guān)。第二部分包含計(jì)算中使用的電池組的各個(gè)工作點(diǎn)。第三部分介紹電流檢測比較器的內(nèi)部設(shè)定點(diǎn);本節(jié)中的默認(rèn)值應(yīng)從DS2715的數(shù)據(jù)資料中驗(yàn)證。最后，最后一部分參數(shù)是DS2715固有的延遲，以及開關(guān)電路引起的任何額外延遲，為了進(jìn)行精確估計(jì)，必須考慮這些延遲。

計(jì)算結(jié)果

將應(yīng)用電路的參數(shù)輸入隨附電子表格的第一個(gè)選項(xiàng)卡后，可以在第二個(gè)選項(xiàng)卡中查看開關(guān)計(jì)算結(jié)果（圖5）。此選項(xiàng)卡顯示每種模式和電池工作條件的結(jié)果，以及最終開關(guān)速度結(jié)果中使用的一些部分計(jì)算。其中包括每個(gè)狀態(tài)的電感電壓，I 的變化負(fù)責(zé)由于延誤，以及個(gè)人的開和關(guān)狀態(tài)時(shí)間。

圖 5.開關(guān)速度結(jié)果選項(xiàng)卡。

結(jié)論

從與基準(zhǔn)電路相關(guān)的開關(guān)速度估計(jì)中可以獲取許多有用的信息。可以看出，影響DS2715開關(guān)模式NiMH充電器開關(guān)速度的主要因素是電感值，I負(fù)責(zé)，V 的凈空在高于電池組電壓，在某些情況下，Q 開關(guān)緩慢導(dǎo)致延遲西 南部.此處介紹的分析可用于估計(jì)這些電路的開關(guān)速度，并了解如何在必要時(shí)最好地調(diào)整該速度。

審核編輯：郭婷