【带你读懂数据手册】CN3702 一款锂电池充电芯片

硬件花园 · 发表于 2023-11-21 21:00:00

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大家在学习智能车或者飞行器的时候，是不是外接一个电池？最近刚好学习了一款充电芯片，来和大家分享一下，也算是我的一点点笔记。
一款7.4V锂电池，基本上也满足了单片机的外设，如果需要12V或者24V的电压，请大家换成对应的电池，充电芯片也有对应的，基本上大同小异。
充电芯片是CN3702，一款PWM降压模式双节锂电池充电管理集成电路，独立对锂电池充电进行自动管理，具有封装外形小，外围元器件少和使用简单等优点。它具有恒流和恒压充电模式，非常适合锂电池的充电。在恒压充电模式，CN3702将电池电压调制在8.4V，精度为±1%；在恒流充电模式，充电电流通过一个外部电阻设置。
下图就是该芯片的IO引脚：

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下图就是该芯片的参考电路图：

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当VCC管脚电压大于低压锁存阈值，并且大于电池电压时，充电器正常工作，对电池充电。如果电池电压低于5.6V，充电器自动进入涓流充电模式，此时充电电流为所设置的恒流充电电流的15%。当电池电压大于5.6V，充电器进入恒流充电模式，此时充电电流由内部的200mV基准电压和一个外部电阻RCS设置，即充电电流为200mV/RCS。当电池电压继续上升接近恒压充电电压时，充电器进入恒压充电模式，充电电流逐渐减小。当充电电流减小到EOC管脚电阻设置的值时，充电结束，DRV管脚输出高电平。漏极开路输出管脚内部的晶体管关断，输出为高阻态；另一个漏极开路输出管脚内部的晶体管接通，输出低电平，以指示充电结束状态。
为了监测电池温度，需要在TEMP管脚和GND管脚之间连接一个10kΩ的负温度系数的热敏电阻。如果电池温度超出正常范围，充电过程将被暂停，直到电池温度回复到正常温度范围内为止。CN3702内部还有一个过压比较器，当BAT管脚电压由于负载变化或者突然移走电池等原因而上升时，如果BAT管脚电压上升到恒压充电电压的1.08倍时，过压比较器动作，关断片外的P沟道MOS场效应晶体管，充电器暂时停止，直到BAT管脚电压回复到恒压充电电压以下。在某些情况下，比如在电池没有连接到充电器上，或者电池突然断开，BAT管脚的电压可能会达到过压保护阈值。此为正常现象。
以下就是充电电流与充电电压的关系：

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以下是充电器状态和LED的关系：

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为了保证CN3702能够正常工作和提高转换效率，在设计PCB时，需要考虑下面几点：
(1) 为了保证尽可能低的电磁辐射，两个二极管，P沟道MOS场效应晶体管，电感和输入滤波电容的引线要尽量短。输入电容的正极到P沟道MOS场效应晶体管的距离也要尽量短。
(2) 在COM1，COM2和COM3管脚的回路补偿元件的接地端要接到CN3702的模拟地(GND)，这样可以避免开关噪声影响回路的稳定性。
(3) 输出电容的接地端和输入电容的接地端要先接到同一块铜皮再返回系统的地端。
(4) 模拟地和流经大电流(功率地)的地要独自返回系统地。
(5) CN3702的GND管脚和PGND管脚也具有散热的功能，所以接地的铜皮面积要尽可能大。对于输入电压比较高或者片外P沟道MOS场效应晶体管的栅极电容比较大的情况，此点尤其重要。
(6) 将充电电流检测电阻RCS靠近电感的输出端，其放置方向要保证从芯片的CSP管脚和BAT管脚到RCS的连线比较短。CSP管脚和BAT管脚到RCS的连线要在同一层次上，而且距离要尽可能小。
(7) 为了保证充电电流检测精度，CSP管脚和BAT管脚要直接连接到充电电流检测电阻上。如下图所示：

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如果你遇到充电之后，电压很明显低于8.4V的情况，请通过以下情况解决：
降低第7脚电阻；降低充电电流；增大输入电容和输出电容值；降低输出电池接插件的接触阻抗。
如果你接入的是高电压，一般大于20V时，由于电源导线的寄生电感和输入电容以及 PCB 板布局布线产生的寄生电容影响，在上电和掉电瞬间产生浪涌电压，如果浪涌电压超过一定的值，会损坏CN3702。遇到这种情况时，可以参考下面的优化电路。其中红色框内是优化后的电路部分。

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