開關型鋰電池充電管理芯片HB6293

 

 

功能特性簡述

• 適用於單節或兩節鋰離子/鋰聚合物高效率電流模PWM充電器
• 0.5％的充電電壓控制精度
• 可編程充電電流控制
• 恆壓充電電壓值可通過外接電阻微調
• 智能電池檢測
• 軟啟動
• 開關頻率600KHz 
• LED 充電狀態指示
• 短路檢測，保護
• 電池充電過壓保護
• 輸入管腳最大耐壓20V
• 充電截止時間外置電容可調
• 工作環境溫度範圍：-20℃～70℃
• MSOP-10封裝

 

 

 

 

應用

• 手持設備
• 充電器
• 移動儀器

 

概述

HB6293 為開關型單節或兩節鋰離子/鋰聚合物電池充電管理芯片，非常適合於便攜式設備的充電管理應用。HB6293 集高精度電壓和電流調節器、預充、充電狀態指示和充電截止等功能于一體，採用MSOP-10封裝。HB6293 對電池充電分為三個階段： 預充（ Pre-charge ）、恆流（CC/Constant Current）、恆壓（CV/Constant Voltage）過程，恆流充電電流通過外部電阻決定，恆壓充電電壓可通過外部電阻微調。HB6293 集成過壓及短路保護，確保充電芯片安全工作。HB6293 集成智能電池檢測功能及超時錯誤恢復功能，方便用戶使用。

 

管腳定義

HB6293 MSOP-10封裝

序號	符號	I/O	描述
1	STAT1	O	(STAT1) 綠	(STAT2) 紅	描述
2	STAT2	O	滅	滅	沒有充電或無電池
			滅	亮	正在充電
			亮	滅	充電完成
			滅	0.5Hz脈衝	故障狀態 （超時和過壓）
3	VCC	I	輸入電源
4	GATE	O	輸出開關驅動
5	GND	-	模擬地
6	TTC	-	振盪器外接電容，確定充電時間限制，當引腳接地，取消限制
7	BAT	I	電池檢測輸入端&電流檢測輸入負端
8	SNS	I	電流檢測輸入正端
9	ISET	I	外接電阻設置預充電，恆流充電和截止充電電流
10	VTRIM	I	外接電阻，與地或者與BAT腳之間，微調恆壓值

典型應用電路

推薦工作條件

		最小	典型	最大	單位
電壓範圍	STAT1, STAT2, VCC	0		20	V
	VCC-GATE	0		8	V
	VTRIM, BAT, SNS	0		14	V
	ISET, TTC	0		6	V
	SNS-BAT	-0.2		0.2	V
工作結溫		0		125	℃

 

 

 

電氣參數

典型情況Temp=25℃ VCC=10V

參數	符號	測試條件	最小	典型	最大	單位
輸入電流
VCC供電電流	IVCC	開關模式		10		mA
電池SLEEP放電電流	ISLP	VCC<VBAT+250mV or UVLO		10		uA
電壓調整
輸出恆壓	VOREG	單節電池		4.2		V
		雙節電池		8.4
輸出恆壓精度			-0.5%		+0.5%
電流調整
檢測電阻RSNS兩端電壓	VIREG	快速充電 且RISET=20kΩ		100		mV
恆流設置電壓	VISET	VLOWV<VBAT<VOREG		1		V
恆流設置係數	KISET			2000		V/A
預充電
預充電檢測電阻RSNS兩端電壓	VIPRE	預充電 且RISET=20kΩ		20		mV
預充電轉快充閾值電壓	VLOWV	單節電池		3		V
		雙節電池		6
轉換延遲時間		電壓上升沿		30		ms
充電截止
充電截止檢測電阻RSNS兩端電壓	VITERM	快速充電 且RISET=20kΩ		10		mV
延遲時間		電壓上升或者下降		30		ms
充電截止計時電阻RSNS兩端電壓	VITAPE			20		mV
延遲時間		電壓下降沿		30		ms
TAPE截止計時	TTAPE			1800		s
再充電電壓
再充電閾值電壓	VRCH	單節電池		4.1		V
		雙節電池		8.2
延遲時間		電壓下降沿		30		ms
STAT1和STAT2驅動輸出
低電平輸出飽和電流STATx	IO	輸出電壓0.5V		10		mA
TTC輸入
TTC係數	KTTC			4.66		H/10nF
CTTC電容	CTTC			10		nF
時間使能閾值	VTTC_EN	VTTC上升		200		mV
UVLO欠壓及睡眠模式
IC使能電壓閾值	VUVLO	VCC上升，單節		4.2		V
		雙節電池		8.4
IC使能遲滯	VHYS	單節電池		200		mV
		雙節電池		400
睡眠模式	VSLPR	VCC-VBAT上升		400		mV
	VSLPF	VCC-VBAT下降		200
PWM
開關振盪頻率	FOSC			600		kHz
最大占空比	DMAX			98		%
最小占空比	DMIN			0		%
電池檢測
超時錯誤檢測電流	IDETECT	VBAT<VRCH		2		mA
放電電流	IDISCHRG1			400		uA
放電時間	TDISCHRG1			1		s
喚醒電流	IWAKE			2		mA
喚醒時間	TWAKE			0.5		s
截止放電電流	IDISCHRG2	充電截止，VBAT=<VOREG		400		uA
截止放電時間	TDISCHRG2			250		ms
保護
過壓保護閾值	VOVP			117		%VOREG
短路BAT電壓閾值	VSHORT	BAT下降，單節		2		V
		雙節電池		4
短路電流	ISHORT	VBAT<=VSHORT		25		mA
內置溫度保護閾值	TTEMP			125		℃
溫度遲滯	THYS			20
GATE驅動輸出
上升時間	TR	CGATE=2nF,10% to 90%		20		ns
下降時間	TF	CGATE=2nF,90% to 10%		50
驅動輸出clamp電壓	VCLAMP	VCC>8		VCC-7		V
		VCC<8		0

典型波形

 

圖1 快沖模式開關驅動波形

 

 

 

圖2 恆壓模式開關驅動波形

 

 

工作流程圖

功能描述

充電流程

 

電池檢測

    對於電池不在的情形，BAT腳的電壓會在0和VOVP之間不斷翻轉直到新電池插入。

 

 

睡眠模式

移除輸入電源進入睡眠模式。當VCC電壓低於UVLO閾值，或VCC低於VBAT+250mV，HB2393進入睡眠模式，電池放電電流達到最小。

 

充電電流設定

電池恆流充電電流值ICHARGE由下式計算可得：

    其中，VISET是ISET腳的輸出電壓，在恆流充電階段為1V，在預充電階段為0.2V。RSNS為外部電流檢測電阻，KISET為增益係數，單位為V/A 。

在恆流充電電流確定之後，預充電電流為20%*ICHARGE，而充電截止電流為10%* ICHARGE。

 

充電截止電流

在恆壓階段，充電電流在RSNS電阻兩端的壓降減少到VITERM，HB6293內部產生EOC 信號，充電截止。

同時，當充電電流在RSNS電阻兩端的壓降為ITERM 的兩倍時，芯片內部會產生一個TAPE 信號，如果在半個小時后充電電流仍然沒有下降到ITERM，充電截至。

 

充電電壓設定

電池電壓檢測BAT和GND腳之間的壓差。

當單節電池電壓低於2V，雙節電池電壓低於4V時進入短路電流檢測模式；當單節電池電壓低於3V，雙節電池電壓低於6V時進入預充電模式；單節電池充電截止電壓為4.2V，雙節為8.4V。

充電完成后，如果單節電池由於電流洩露下降到4.1V以下，雙節8.2V以下時，進入再充電週期。

 

充電時間限制

HB6293對預充電和總充電時間進行可編程限制，總充電時間限制：

其中，CTTC為引腳TTC外接電容值，KTTC為係數。

預充電時間為總充電時間的1/8，如果發生充電超時，芯片進入FAULT狀態，管腳2輸出脈衝指示。

 

充電狀態指示

開漏輸出腳STAT1（綠燈）和STAT2（紅燈）指示如下表。

STAT1（綠燈）	STAT2（紅燈）	指示狀態
滅	滅	沒有充電，無電池或睡眠模式
滅	亮	正在充電
亮	滅	充電完成
滅	0.5Hz脈衝	故障狀態（超時或過壓）

 

超時錯誤恢復

由工作流程圖所示，HB6293提供充電超時錯誤（包括預充電超時和總充電時間超時）的恢復機制。總結如下：

情況1：VBAT電壓大於再充電閾值電壓併發生超時錯誤。

恢復機制：由於電池對負載放電，自放電或者是電池移除，使得電池檢測電壓降到再充電閾值電壓以下，此時，HB6293清除錯誤狀態，並進入無電池檢測過程。此外，上電復位可以清除這種超時錯誤狀態。

情況2：VBAT電壓低於再充電閾值電壓併發生超時錯誤。

恢復機制：發生這種情況時，HB6293使能一個IDETECT電流。這個小電流可用來檢測電池在不在。只要電池電壓低於再充電電壓，該電流一直保持。如果電池電壓高于再充電電壓，那麼HB6293取消IDETECT電流，並執行情況1的恢復機制。就是一旦電池電壓又低於再充電閾值電壓時，HB6293清除超時錯誤，並進入無電池檢測過程。上電復位也可以清楚這種超時錯誤狀態。

 

輸出過電壓保護

HB6293內置過電壓保護功能。當電池電壓過高時，比如說電池突然移除時產生的過電壓，該功能可以保護器件本身和其他元器件。當檢測到過電壓時，該功能立即關閉PWM，並指示錯誤。當電池電壓低於再充電閾值電壓時，該錯誤解除。

移除輸入電源進入睡眠模式。當VCC電壓低於UVLO閾值，或VCC低於VBAT+250mV，HB2393進入睡眠模式，電池放電電流達到最小。

 

恆壓輸出的微調

測出恆壓輸出的電流值VCV，把VCV向上微調，將微調電阻RTRIM接在VTRIM腳與地之間；把VCV向下微調，將微調電阻RTRIM接在VTRIM腳與BAT腳之間。電阻RTRIM阻值大小公式為：

• 單節電池

• 雙節電池

其中R=40kΩ。

 

封裝和包裝尺寸