磷酸铁锂电池充电器CN3059的原理应用

磷酸铁锂电池充电器CN3059磷酸铁锂电池是一种用磷酸铁锂（LiFePO4）材料作电池正极、用石墨作电池负极的新型锂离子电池。

关于该电池的详细介绍请参看本刊9期磷酸铁锂动力电池一文。

磷酸铁锂电池的标称电压是3.2V、终止充电电压是3.6±0.05V、终止放电电压是2.0V。

该电池与锂离子电池一样要求恒流、恒压充电，充电率范围是0.2～1C。

上海如韵电子有限公司在自主开发出单节锂电子充电器芯片CN3052及CN3056后，2007年又开发出性能更好的单节磷酸铁锂充电器芯片CN3058及CN3059，满足了市场的需求。

本文将介绍CN3059。

特点与应用CN3059是一种对单节磷酸铁锂电池进行恒流、恒压充电的充电器IC。

用该IC组成的充电器主要特点：充电电流可由一外设电阻RISET设定，最大充电电流可达1A；输入电压4～6V，可采用USB接口或4.5～6V输出电压（输出电流1000～1500mA）的AC/DC适配器供电；充电器电路简单、外围元器件少、成本低；对过放电（电池电压＜2.0V）的电池有小电流预充电模式；内部有功率器理电路，若芯片的结温超过115℃时能自动降低充电电流作过热保护，使用户可设置较大的充电电流，以提高充电效率；有两个LED分别作充电状态指示及充电结束指示；有输入电压过低（＜3.61V）时的输出锁存功能、自动再充电功能、电池温度监测功能；采用小尺寸、散热增强性的10引脚DFN封装；充电温度范围0～45℃或0～65℃(由充电电池参数决定)。

CN3059是磷酸铁锂电池的专用充电器IC，但它还有一个独特的特点：外设一个电阻RVSET，它可以增加恒压充电的输出电压。

利用这个独特的特点，可以组成简易的3节镍氢电池充电器及4V铅酸电池充电器或锂离子电池充电器。

由CN3059组成的充电器适合充 0.5～4Ah的磷酸铁锂电池。

其应用领域：矿灯、LED应急灯、警示灯；车模、船模、航模及电动玩具；在照相机中，用3.2V磷酸铁锂电池替代一次性3V锂电池（型号为CR123A），其外廓尺寸相同；通信装置；小型医疗仪器及野外测试仪器；小型电动工具等。

锂电池充电电路原理及应用锂电池充电电路原理及应用锂电池充电电路原理及应用锂离子电池以其优良的特性，被广泛应用于: 手机、摄录像机、笔记本电脑、无绳电话、电动工具、遥控或电动玩具、照相机等便携式电子设备中。

一、池与镍镉、镍氢可充电池锂离子电池的负极为石墨晶体，正极通常为二氧化锂。

充电时锂离子由正极向负极运动而嵌入石墨层中。

放电时，锂离子从石墨晶体内负极表面脱离移向正极。

所以，在该电池充放电过程中锂总是以锂离子形态出现，而不是以金属锂的形态出现。

因而这种电池叫做锂离子电池，简称锂电池。

锂电池具有：体积小、容量大、重量轻、无污染、单节电压高、自放电率低、电池循环次数多等优点，但价格较贵。

镍镉电池因容量低，自放电严重，且对环境有污染，正逐步被淘汰。

镍氢电池具有较高的性能价格比，且不污染环境，但单体电压只有 1.2V，因而在使用范围上受到限制。

二、锂电池的特点1、具有更高的重量能量比、体积能量比；2、电压高，单节锂电池电压为3.6V，等于3只镍镉或镍氢充电电池的串联电压；3、自放电小可长时间存放，这是该电池最突出的优越性；4、无记忆效应。

锂电池不存在镍镉电池的所谓记忆效应，所以锂电池充电前无需放电；5、寿命长。

正常工作条件下，锂电池充/放电循环次数远大于500次；6、可以快速充电。

锂电池通常可以采用0.5～1倍容量的电流充电，使充电时间缩短至1～2小时；7、可以随意并联使用；8、由于电池中不含镉、铅、汞等重金属元素，对环境无污染，是当代最先进的绿色电池；9、成本高。

与其它可充电池相比，锂电池价格较贵。

三、电池的内部结构锂电池通常有两种外型：圆柱型和长方型。

电池内部采用螺旋绕制结构，用一种非常精细而渗透性很强的聚乙烯薄膜隔离材料在正、负极间间隔而成。

正极包括由锂和二氧化钴组成的锂离子收集极及由铝薄膜组成的电流收集极。

负极由片状碳材料组成的锂离子收集极和铜薄膜组成的电流收集极组成。

电池内充有有机电解质溶液。

另外还装有安全阀和PTC元件，以便电池在不正常状态及输出短路时保护电池不受损坏。

一款锂蓄电池多用充电器 电子报2012 14期一般的锂电池充电器是不能改变充电电流的，对于电子爱好者而言，能有一台能适应多种电流、特别是有小电流挡的锂电充电器则是梦寐以求的事情。

现在有一些小容量锂蓄电池的问世(如目前被大量使用的2016、2025、2032的一类纽扣锂蓄电池)的确给人们带来了很多方便。

但是这类蓄电池容量只有20～40mA.h 时，充电电流要求很小，而个别厂家却趁机配套生产出价格昂贵的小电流充电器上市，可是由于它的单一性和价格问题受不到大伙的青睐。

笔者认真研究了充电集成电路CN3060，并用它制作了一台多功能充电器，既能充锂离子电池也能充磷酸铁锂电池，还有多挡位的电流可选，使用起来比较方便。

CN3060是CN3058和CN3059的换代产品，为九脚直列的HSIP9的封装形式，固定、焊接非常便利(图1)。

该器件是为单节磷酸铁锂可充电池进行恒压恒流充电而设计的，内部设定的磷酸铁锂电池的恒压充电值为3.6V ，但根据器件厂家提供的有关资料在它的FB 脚和BA T 脚之间添加一只电阻也可以改变它的恒压值。

据厂家资料里的计算公式得出，要使这个电压为锂离子电池的充电恒压值4.2V ，则这个电阻约为197k Ω(该值越精准越好)，如果在这个电阻两端并上一只单刀单掷开关，就成了两种不同锂电池的充电器了。

由于CN3060芯片的功率所限，这个充电器的最大充电电流为1A 。

这个电流的设置，是通过外部的电阻而设定的，通过不同的电阻接入ISET 脚和“地”之间，得到不同的恒流电流值。

为了满足各种小容量电池的需要笔者选用—了11挡的波段开关，使电流可选范围比较宽，基本能满足需要。

爱好者在制作时，也可以根据公式1800=I ×R 来自行变更设计(公式中电流的单位为A ，电阻的单位为Ω)。

该器件的CNRG 端子接一红光LED ，通过降压电阻R1和电源正极相接，充电时亮灯。

DONE 端子接一绿光LED ，通过R2和正极相接，充电结束时亮灯。

如韵电子CONSONANCE线性磷酸铁锂电池充电电路CN3058/CN3059/CN3060应用电路图简介：CN3058/CN3059/CN3060是可以对单节磷酸铁锂电池进行恒流/恒压充电的充电器电路，通过一个外部电阻调节电池端恒压充电电压，也可以为锂电池、铅酸电池等充电。

该器件内部包括功率晶体管，应用时不需要外部的电流检测电阻和阻流二极管，因此只需要极少的外围元器件，非常适用于便携式应用的领域。

特点：z可以用USB口或交流适配器对单节磷酸铁锂电池充电z片内功率晶体管z不需要外部阻流二极管和电流检测电阻z输出电压3.6V，精度可达±50mV，也可通过一个外部电阻调节z在电池电压较低时采用小电流的预充电模式z用户可编程的持续充电电流可达1000mA(CN3059/CN3060)z采用恒流/恒压充电模式z电源电压掉电时自动进入低功耗的睡眠模式z充电状态和充电结束状态双指示输出z电池温度监测功能z封装形式SOP8/DFN10/HSIP9z产品无铅化应用：z矿灯z磷酸铁锂电池充电应用z锂电池充电应用z铅酸蓄电池z各种充电器应用电路1：典型应用电路红色二极管指示充电状态，绿色发光二极管指示充电结束状态。

电池端恒压充电电压3.6V 输入电压4V to 6V*对CN3058，C1和C2为4.7uF；对CN3059/CN3060，C1和C2为10uF应用电路2：调整恒压充电电压红色发光二极管指示充电状态，绿色发光二极管指示充电结束状态。

电池端恒压充电电压：Vbat ＝ 3.6＋3.04×10-6×Rx其中，Vbat的单位是伏特Rx的单位是欧姆*对CN3058，C1和C2为4.7uF；对CN3059/CN3060，C1和C2为10uF应用电路3：两节镍氢电池充电电路注1：CN3058/CN3059/CN3060是用于锂电池充电控制的集成电路，其充电结束判断方法同镍氢电池的要求并不相同，所以在用CN3058/CN3059/CN3060对镍氢电池充电时，要慎重选择电池的充电终止电压，即恒压充电电压。

高性能的线性锂电池充电管理芯片CN3052A/CN3052B/CN3056的应用CN3052A/CN3052B/CN3056是高性能的线性锂电池充电管理芯片。

这些器件内部集成有功率管，不需要外部的电流检测电阻和阻流二极管，只需要极少的外围元器件，并且符合USB总线技术规范，可以通过USB端口为锂电池充电，因此非常适用于各种充电器及MP4播放器、蓝牙耳机、数码相机等便携式产品。

图1是一个典型的应用电路图。

图1：CN3052A/CN3052B/CN3056的典型应用电路图CN3052A/CN3052B/CN3056的工作流程图2是CN3052A/CN3052B/CN3056的充电过程示意图。

当输入电压大于电源低电压检测阈值和芯片使能输入端接高电平时，CN3052A/CN3052B/CN3056开始对电池充电，CHRG管脚输出低电平，表示充电正在进行。

如果电池电压低于3V，充电器用小电流对电池进行预充电。

当电池电压超过3V时，充电器采用恒流模式对电池充电，充电电流由ISET管脚和GND之间的电阻RISET<确定。

当电池电压接近电池端调制电压4.2V时，充电电流逐渐减小，CN3052A/CN3052B/CN3056进入恒压充电模式。

图2：CN3052A/CN3052B/CN3056充电过程示意图当充电电流减小到充电结束阈值时，CHRG端输出高阻态，表示充电周期结束，充电结束阈值是恒流充电电流的10%。

如果要开始新的充电周期，只要将输入电压断电，然后再上电就可以了，或者将CE管脚的电压暂时拉到0V，再恢复到高电平。

当电池电压降到再充电阈值以下时，自动开始新的充电周期。

当输入电压低于电池电压时，充电器进入低功耗的睡眠模式，电池端消耗的电流小于3uA，从而增加了待机时间。

如果将使能输入端CE接低电平，充电器被关断。

CN3052A/CN3052B/CN3056的主要功能介绍电源低电压检测(UVLO) CN3052A/CN3052B/CN3056内部有电源电压检测电路，当电源电压低于电源电压过低阈值(典型值4.03V)时，芯片处于关断状态，充电也被禁止。

磷酸铁锂电池工作原理磷酸铁锂电池原理应用锂离子电池内部主要由正极,负极,电解质及隔膜组成.正,负极及电解质材料不同及工艺上的差异使电池有不同的性能,并且有不同的名称.目前市场上的锂离子电池正极材料主要是钴酸锂(LiCoO2),锰酸锂（LiMn2O4),另外还有少数采用镍酸锂（LINiO2)作正极材料的锂离子电池，新开发的磷酸铁锂电池是用磷酸铁锂（LiFePO4,简称LFP)材料作电池正极的锂离子电池，它是锂离子电池家族的新成员。

磷酸铁锂电池的内部结构，一侧是橄榄石结构的LiFePO4作为电池的正极，由铝箔与电池正极连接，中间是聚合物的隔膜，它把正极与负极隔开，但锂离子Li+可以通过而电子e-不能通过，右边是由碳（石墨）组成的电池负极，由铜箔与电池的负极连接。

电池的上下端之间是电池的电解质，电池由金属外壳密闭封装。

LiFePO4电池在充电时，正极中的锂离子Li+通过聚合物隔膜向负极迁移；在放电过程中，负极中的锂离子Li+通过隔膜向正极迁移。

锂离子电池就是因锂离子在充放电时来回迁移而命名的。

由于磷酸铁锂电池具有无可比拟的优势，可广泛应用于多个领域。

根据市场普及程度，磷酸铁锂应用大致分三个阶段：第一阶段（目前较为广泛）：1．电动工具：电钻、电锯、割草机等；2．遥控汽车、船、飞机等玩具；3．不间断电源（UPS）及应急灯、警示灯及矿灯(安全性最好)；4、替代照相机中3V的一次性锂电池及9V的镍镉或镍氢可充电电池（尺寸完全相同）；第二阶段（目前正在兴起）：1．轻型电动车：电动自行车、高尔夫球车、小型平板电瓶车、铲车、清洁车、电动轮椅等；2．太阳能及风力发电的储能设备；3．小型医疗仪器设备及便携式仪器等。

第三阶段（目前靠政府推动）：1．大型电动车辆：公交车、汽车、景点游览车及混合动力车等。

锂离子电池的主要材料目前用作锂离子电池的正极材料主要有：LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2及LiFePO4。

这些组成电池正极材料的金属元素中，钴（Co）最贵，并且存储量不多，镍（Ni）、锰（Mn）较便宜，而铁（Fe）最便宜。

锂电池充电管理芯片CN3052ACN3052BCN3056性能及应用电路图锂电池充电管理芯片CN3052A/CN3052B/CN3056性能及应用电路图CN3052A/CN3052B/CN3056的主要功能介绍电源低电压检测(UVLO) CN3052A/CN3052B/CN3056内部有电源电压检测电路，当电源电压低于电源电压过低阈值(典型值4.03V)时，芯片处于关断状态，充电也被禁止。

睡眠模式CN3052A/CN3052B/CN3056内部有睡眠状态比较器，当输入电压VIN小于电池端电压＋40mV时，充电器处于睡眠模式；只有当输入电压VIN上升到电池端电压90mV以上时，充电器才能离开睡眠模式，进入正常工作状态。

预充电状态在充电周期的开始，如果电池电压低于3V，充电器处于预充电状态，充电器以恒流充电模式充电电流的10%对电池进行充电。

设定充电电流CN3052A/CN3052B/CN3056的恒流模式充电电流可以由ISET管脚的电阻来设定。

充电电流：热调制功能CN3052A/CN3052B/CN3056内部集成有热调制电路，当芯片的温度上升到一定的温度(115℃)后，热调制电路开始动作，将芯片的温度维持在115℃，处于恒温状态。

这项功能对于线性充电器电路非常重要，甚至可以说是必不可少的。

有了这项功能，用户在设计最大充电电流时，只要考虑通常情形就可以了，而不需要考虑最坏工作情况。

如果没有热调制功能，用户在设计最大充电电流时，必须充分考虑最坏情况，否则稍有不慎，芯片将会因为温度过高而被烧毁。

CN3052A/CN3052B/CN3056典型应用电路图CN3052A/CN3052B/CN3056是高性能的线性锂电池充电管理芯片。

这些器件内部集成有功率管，不需要外部的电流检测电阻和阻流二极管，只需要极少的外围元器件，并且符合USB总线技术规范，可以通过USB端口为锂电池充电，因此非常适用于各种充电器及MP4播放器、蓝牙耳机、数码相机等便携式产品。