太阳能电池芯片

具有太阳能电池最大功率点跟踪功能的5A电池充电管理集成电路ZS6093. 本帖最后由茅草屋于2016-11-17 11:18编辑: ZS6093是可以由太阳能电池供电的PWM. 降压模式充电管理集成电路具有跟踪太阳能电池的最大功率点的功能. ZS6093非常适合单节或多节锂电池或磷酸铁锂电池的充电管理. 它具有体积小，元件少，使用简单的优点. ZS6093具有恒流恒压充电模式，非常适合对锂电池或磷酸铁锂电池进行充电. 在恒压充电模式下，恒压充电电压由外部电阻分压器网络设置. 在恒流充电模式下，充电电流由外部电阻设置. 对于深放电电池，当电池电压低于设定的恒定电压充电电压的66.7％时，ZS6093会以设定的恒定电流充电电流的15％滴流电池. 在恒压充电阶段，充电电流逐渐减小. 当充电电流降至设定的恒定电流充电电流的9.5％时，进入充电结束状态. 当输入电源出现故障或输入电压低于电池电压时，ZS6093会自动进入低功耗睡眠模式. 其他功能包括输入低压锁存器，电池温度监控，电池侧过压保护和充电状态指示. ZS6093采用16引脚TSSOP封装.

特点: 1.宽输入电压范围: 7.5V至28V 2.太阳能电池最大功率点跟踪3.完整的充电管理，适用于单节或多节锂电池或磷酸铁锂电池4.恒压充电电压外部电阻分压器网络5. PWM降压模式充电管理集成电路，具有太阳能电池最大功率点跟踪功能. 6.高达5A的充电电流7. PWM开关频率: 300KHz 8.通过外部电阻器设置恒定电流充电电流9.通过深度放电对电池进行ckle流充电电池温度监控功能10.充电状态和充电结束状态指示11. 软启动功能12.电池端子的过压保护13.工作环境温度: -40°C至+ 85°C 14.采用16引脚TSSOP封装15.该产品无铅，无卤素，可满足RoHs应用: 1. 2. 3. 4 5. 5. 6.使用太阳能电池为计算机备用电池应用充电工业和医疗仪器电动工具独立于电池充电器的引脚排列: 注1: 专利的典型应用电路保护: 图1典型应用电路订购信息: 引脚说明: 极限参数VCC，VG，DRV，CHRG，DONE到GND电压..................... -0.3V到30V CSP，BAT到GND电压.. .................................... ....... -0.3 V至28V COM3至GND电压.................................. .....................其他引脚至GND的6.5V电压............................... ...... ............................... -0.3V至VCOM3的存储温度... ..................... ..........................................- 65℃--- 150℃工作环境温度............................................... ....... ............ -40℃--- 85℃焊接温度（10秒）. ............................. 300℃+ 0.3V超出上述极限参数可能会永久损坏设备.

以上仅为限制范围. 在这样的极端条件下工作，将无法保证设备的技术规格，并且在这样的条件下长时间会影响设备的可靠性和电气特性: （VCC = 15V，TA = -40°C至85 °C，除非另有说明）注2: VREG是恒压充电模式BAT引脚调制电压的详细说明: ZS6093是PWM降压模式充电，可以由太阳能电池管理集成电路供电，具有跟踪电源的功能. 太阳能电池的最大功率点. ZS6093具有恒流恒压充电模式，非常适合单节或多节锂电池或磷酸铁锂电池的充电管理. 恒流充电电流由连接在CSP引脚和BAT引脚之间的电流检测电阻RCS设置. 在恒压充电模式下，恒压充电电压由外部电阻分压器网络设置. 当VCC引脚的电压同时满足以下三个条件时: （1）VCC引脚的电压大于低压闩锁阈值（2）VCC引脚的电压大于电池电压（ 3）VCC引脚的电压不小于设定的最大功率. 点电压充电器正常工作以对电池充电. 如果电池电压低于设定的恒定电压充电电压的66.7％，则充电器自动进入trick流充电模式，充电电流为设定的恒定电流充电电流的15％. 当电池电压大于设定的恒压充电电压的66.7％时，充电器进入恒流充电模式. 充电电流由内部200mV参考电压和外部电阻RCS设定，即充电电流为200mV / RCS.

当电池电压继续上升到接近恒定电压充电电压时，充电器进入恒定电压充电模式，并且充电电流逐渐减小. 当充电电流降至设定的恒定电流充电电流的9.5％时，充电结束. 此时，充电电流为零. ZS6093有两个状态指示引脚，分别是充电状态指示引脚和充电结束指示引脚. 在the流充电状态，恒定电流充电状态和恒定电压充电状态下，漏极开路输出引脚内的晶体管导通且输出为低电平；另一个开漏输出引脚内的晶体管关闭，并且输出为高阻抗，以指示充电状态. 充电结束时，漏极开路输出引脚内的晶体管关断，输出处于高阻态；另一个开漏输出引脚内部的晶体管导通并输出低电平以指示充电状态结束. 充电结束时，如果断开输入电源的连接，然后再次连接，则新的充电周期将开始；如果电池电压下降到充电阈值（恒压充电电压的95.8％），则新的充电也将自动开始循环. ZS6093使用恒定电压方法来跟踪太阳能电池的最大功率点. 最大功率点电压被两个电阻分压并发送至MPPT引脚. 在最大功率点跟踪状态下，MPPT引脚电压被调制为1.04V，而MPPT引脚的调制电压具有-0.4％℃的温度系数，这与最大功率点电压的温度系数非常一致. 太阳能电池.

关闭输入电压时，ZS6093自动进入睡眠模式，并且内部电路关闭. 这样可以减少电池的电流消耗并延长待机时间. 为了监控电池温度，需要在TEMP引脚和GND引脚之间连接一个负温度系数为10kΩ的热敏电阻. 如果电池温度超过正常范围，充电过程将暂停，直到电池温度恢复到正常温度范围为止. ZS6093内部还有一个过压比较器. 当由于负载变化或突然取出电池等导致BAT引脚电压上升时，如果BAT引脚电压上升到恒压充电电压的1.08倍，则过压比较器将起作用，关闭片外P沟道MOS场效应晶体管，充电器暂时停止，直到BAT引脚电压返回到恒定电压充电电压以下. 在某些情况下，例如当电池未连接至充电器或电池突然断开连接时，BAT引脚上的电压可能会达到过压保护阈值. 这很正常. 充电电流和充电电压的如图2所示. 应用信息低压闩锁（UVLO）芯片内部的低压闩锁电路监视输入电压. 当输入电压低于6V（典型值）时，内部电路将关闭并且充电器无法工作. 恒定电压充电电压的设置如图1所示，电池电压通过由电阻R6和R7组成的电阻分压器网络反馈到FB引脚. ZS6093根据FB引脚的电压确定充电状态.

当FB引脚的电压接近2.416V时，充电器进入恒定电压充电状态. 在恒压充电状态下，充电电流逐渐减小，电池电压保持不变. 考虑到流入FB引脚的偏置电流，在恒压充电状态下电池端子上的相应电压为: VBAT = 2.416×（1 + R7 / R6）+ IB×R7其中IB是FB引脚的偏置电流，典型值为50nA. 从上式可以看出，FB引脚的偏置电流在电阻分压器网络的分压结果中引起误差，误差值为IB×R7. 假设R7 =500KΩ，误差值约为25 mV. 因此，在设计电阻分压器网络时应考虑上述误差. 可设定的恒压充电电压应小于25V. 由于电阻R6和R7将从电池消耗一定量的电流，因此在选择R6和R7的电阻值时，首先根据允许的电流消耗选择R6 + R7的值，然后计算这些值分别根据上式的R 6和R 7的通式. 太阳能电池最大功率点跟踪ZS6093使用恒压法跟踪太阳能电池的最大功率点. 在太阳能电池的伏安特性曲线中，当环境温度恒定时，在不同日照强度下，对应于输出最大功率的点的输出电压基本相同，即太阳能电池保持恒定电压，可以保证在此温度下光强度不同时，太阳能电池可以输出最大功率.

但是，当环境温度变化时，根据-0.4％/℃的温度系数，与太阳能电池的最大功率点相对应的电压随温度而大致变化. 当环境温度为2时，ZS6093太阳能电池最大功率点跟踪端子的MPPT引脚的电压被调制为1.04V，其温度系数为-0.4％/°C，并带有两个片外电阻器（图1中的R3和R3）. R8）形成的分压网络可以跟踪太阳能电池的最大功率点. 这种最大功率点跟踪方法非常适合四个季节之间的温差较大或每日温差较大的情况. 在25℃时，太阳能电池的最大功率点电压由以下公式确定: VMPPT = 1.04×（1 + R8 / R3）ZS6093由适配器和太阳能电池供电. 适配器和太阳能电池均可用于为ZS6093供电，因为适配器通常具有比较功能. 大电流输出能力可为电池快速充电. 在这种情况下，可以根据适配器的输出电流容量设置ZS6093的充电电流. 当使用太阳能电池供电时，即使太阳能电池的输出功率很小，ZS6093也会自动跟踪太阳能电池的最大功率点并为电流充电. 将电流调整到最大功率点. 需要说明的是，适配器的输出电压应大于太阳能电池的最大功率点电压，否则适配器无法正常给电池充电. ckle流充电处于充电状态. 如果电池电压低于设定的恒定电压充电电压的66.7％，则充电器进入trick流充电模式，充电电流为设定的恒定电流充电电流的15％.

充电电流设置恒定电流充电电流由以下公式确定: 其中: ICH是恒定电流充电电流RCS是连接在CSP引脚和BAT引脚之间的充电电流检测电阻. 充电以恒定电压充电状态结束，充电电流逐渐减小. 当充电电流降至设定的恒定电流充电电流的9.5％时，ZS6093进入充电结束状态. 此时，DRV引脚输出高电平，充电电流为零. 自动充电和充电后，如果输入电源和电池仍连接到充电器，则电池电压会因电池自放电或负载而逐渐降低. 当电池电压降至设定的恒定电压充电电压的95.8％时，将开始一个新的充电周期，这将确保电池的充满度超过90％. 电池温度监控为了监控电池温度，需要一个接近电池负温度系数的热敏电阻. 当电池温度超过可接受的范围时，充电将暂时停止，直到电池温度恢复到正常范围. 温度系数为负的热敏电阻应连接在TEMP引脚和地之间. 在芯片内部，TEMP引脚连接到两个比较器的输入. 它的低电压阈值为175毫伏，对应于正常温度范围的上限温度点；高电压阈值为1.6伏，对应于正常温度范围的下限温度点. TEMP引脚的上拉电流为50uA，因此负温度系数的热敏电阻值在25°C时应为10kΩ，其电阻值在上限时应约为3.5kΩ（约等于50°C）温度;在下限温度下，该点的电阻值应约为32kΩ（大约对应于0°C）.

某些负温度系数热敏电阻，例如TH11-3H103F，MF52（10kΩ）太阳能 充电 ic，QWX-103和NCP18XH103F03RB，可以与ZS6093一起使用. 上面列出的负温度系数热敏电阻的模型仅供参考. 用户可以根据具体需要选择合适的型号. 如果负温度系数热敏电阻的值在上下温度点分别略大于3.5kΩ和32kΩ，则用户可以通过将一个公共电阻与热敏电阻并联来向下移动正常工作温度范围；否则，您可以将一个普通电阻与热敏电阻串联以提高正常工作温度范围. 如果不使用电池温度监控功能，只需在TEMP引脚与地面之间连接一个10KΩ电阻. 片外功率管驱动ZS6093的DRV引脚用于驱动片外MOS场效应晶体管的栅极. 该引脚可以提供较大的瞬态电流，以快速打开和关闭片外MOS场效应晶体管. 当驱动2nF的负载时，上升时间和下降时间的典型值为40nS. 通常，导通电阻为50毫欧的MOS场效应晶体管的等效电容约为2nF. ZS6093的内部具有钳位电路，以确保DRV引脚的低电平比VCC引脚的电压（最大值）低8V.

例如，如果VCC的电压为20V，则DRV引脚的低电平至少为12V. 这样，一些极低导通电阻的低压P沟道MOS场效应晶体管可以与ZS6093结合使用，从而提高充电器的工作效率. 环路补偿为了确保电流调制环路和电压调制环路的稳定性，需要以下环路补偿组件: （1）在COM1引脚与地之间连接一个470pF电容器（2）从COM2串联一个120Ω的电阻接地电阻和220nF陶瓷电容器（3）从COM3到地面连接一个100nF陶瓷电容器（4）根据正确的公式粗略估算图1中电容器C7的值: C7 = 8×（R6 / R7）（ pF）电池连接检查ZS6093没有电池连接检查功能. 当电池未连接至充电器时，ZS6093将作为电池的输出电容器充电至恒定电压充电电压，并进入充电结束状态. 由于BAT引脚工作电流在输出电容器上的放电作用太阳能 充电 ic，BAT引脚的电压将缓慢下降到充电阈值，ZS6093再次进入充电状态，充电器将在充电状态和充电之间循环最终状态，以便在BAT引脚上形成锯齿波形，并且输出脉冲信号指示未安装电池. 当电池连接端子的BAT引脚的外部电容为10uF时，脉冲频率约为4Hz.

最好不要在充电器运行时将电池连接到充电器，否则充电器可能会在短时间内向电池内注入大量电流. 输入和输出电容器输入电容器对输入电源具有滤波作用，需要吸收输入电源上产生的纹波电流，因此输入电容器必须具有足够的额定纹波电流. 在最坏的情况下，输入电容器的额定RMS纹波电流需要达到充电电流的一半. 在选择输出电容器时，为了降低输出处的纹波电压并改善瞬态特性，主要考虑串联等效电阻（ESR）. 一般来说，10uF的输出电容即可满足要求. 电感器选择在正常操作中，瞬态电感器电流会定期变化. 在P沟道MOS场效应晶体管导通期间，输入电压为电感器充电，并且电感器电流增加. 在P沟道MOS场效应晶体管截止期间，电感器向电池放电，并且电感器电流减小. 电感的纹波电流随着电感值的减小而增加，并随着输入电压的增加而增加. 较大的电感器纹波电流将导致较大的纹波充电电流和磁损耗. 因此，电感器的纹波电流应限制在合理范围内. 电感器的纹波电流可以通过以下公式估算: 其中: f是开关频率，300KHz L是电感值VBAT电池电压VCC是输入电压选择电感值时，电感器纹波电流可以限制为△IL = 0.4×ICH，ICH为充电电流.

请注意，最大电感纹波电流△IL出现在最大输入电压和最小电感时. 因此，当充电电流低时，应选择较大的电感值. 关于电感值的选择，请参见表2: 表2 MOSFET的电感值的选择ZS6093的应用电路需要使用P沟道MOS场效应晶体管. 选择该MOS场效应晶体管时，应考虑转换效率，MOS场效应晶体管的功耗和最高温度. 在芯片内部，栅极驱动电压钳位在5.8V（典型值），可以使用具有低导通电压的P沟道MOS场效应晶体管. 因此，应当注意，MOS场效应晶体管的击穿电压BVDSS大于最大输入电压. 选择P沟道MOS场效应晶体管时要考虑的因素包括导通电阻Rds（on），总栅极电荷Qg，反向传导电容CRSS，输入电压和最大充电电流. MOS场效应晶体管的最大功耗可通过以下公式估算: 其中: Pd是MOS场效应晶体管的功耗VBAT是电池的最高电压VCC是最小输入电压Rds（on）为室温（25℃）时的P沟道场效应晶体管导通电阻ICH是充电电流dT是P沟道MOS场效应晶体管的实际温度与室温（25℃）之间的温差，除了导通上式中描述的损耗I Rds（on），MOS场效应晶体管也具有开关损耗，该损耗随输入电压而增加.

一般来说，当输入电压小于20V时，导通损耗大于开关损耗，导通电阻较小的MOS场效应晶体管应优先考虑；当输入电压大于20V时，开关损耗大于传导损耗，应优先考虑反向传导电容CRSS较小的MOS场效应晶体管. 通常，在MOS场效应晶体管的技术规范中列出了CRSS的值. 如果电容值未明确列出，则可以通过公式CRSS = QGD /ΔVDS进行估算. 可以使用许多类型的MOS场效应晶体管，例如AO4459，STM9435（或WT9435）和AO3407A. 上面列出的MOS场效应晶体管的类型仅供参考，用户需要根据特定要求选择合适的类型. 二极管选择典型应用电路图1中的二极管D1和D2是肖特基二极管. 这两个二极管的通过电流的容量至少大于充电电流. 二极管的耐压大于最小输入电压要求. 当充电电流较大时，二极管将具有较大的功耗，因此应充分考虑二极管的散热. 二极管D1和D2的选择原理就足够了. 如果所选二极管的通过电流容量或耐压远远超过要求的值，则由于这种二极管具有较高的结电容，将增加充电器的开关损耗，降低效率.

使用TEMP引脚实现充电禁止功能使用TEMP引脚实现充电禁止功能，如图3所示: 图3使用TEMP引脚实现充电禁止功能当控制信号为高电平时，M1开启，TEMP引脚为低电平，禁止充电；当控制信号为低电平时，M1关断，TEMP引脚上的电压由NTC电阻值确定，用于正常电池温度监控. 关于睡眠模式下的电池电流在图1所示的典型应用电路中，当输入电压掉电或输入电压低于电池电压时，ZS6093进入睡眠模式. 电池在睡眠模式下消耗的电流包括: （1）流到BAT引脚和CSP引脚的电流约为10uA（VBAT = 12V）（2）从电池端子流过二极管D1到输入的电流二极管D1的泄漏电流确定该电流为输入电容器C1充电，并且输入电压将在一定程度上增加. 为了避免误操作，可以将电阻器与电容器C1并联连接，以通过电阻器释放二极管D1的泄漏电流. 电阻值取决于二极管D1的泄漏电流. 通常，大约20KΩ的电阻可以满足要求. （3）从电池端子流过二极管D2到地（GND）的电流. 该电流由二极管D2的泄漏电流确定. 设计PCB的注意事项. 要点有几点: （1）为了确保尽可能低的电磁辐射，两个二极管，P沟道MOS场效应晶体管，电感器和输入滤波电容器的引线应尽可能短.

从输入电容器的阳极到P沟道MOS场效应晶体管的距离也应尽可能短. （2）COM1，COM2和COM3引脚上的环路补偿组件的接地端子应连接到ZS6093的模拟地（GND），以避免开关噪声影响环路的稳定性. （3）由于ZS6093的最大功率点跟踪电压与环境温度有关，为了真实反映ZS6093的环境温度，在设计PCB时，ZS6093需要与某些加热装置保持一定距离，例如片外MOF晶体管，二极管等. （4）在返回系统接地之前，必须将输出电容器的接地端子和输入电容器的接地端子连接到同一条铜线上. （5）模拟地和流经大电流的地（电源地）应分别返回系统地. （6）ZS6093的GND引脚和PGND引脚也具有散热功能，因此接地铜的面积应尽可能大. 当输入电压相对较高或片外P沟道MOS场效应晶体管的栅极电容较大时，这一点尤其重要. （7）将充电电流检测电阻RCS靠近电感的输出端. 放置方向应确保从芯片的CSP引脚和BAT引脚到RCS的连接相对较短. CSP引脚和BAT引脚到RCS之间的连接应处于同一水平，并且距离应尽可能小. （8）为确保充电电流检测精度，应将CSP引脚和BAT引脚直接连接到充电电流检测电阻. 如图4所示. 软件包信息:

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