估算DS2715 NiMH电池充电器的开关速度

DS2715电池充电器的开关速度因充电模式、电感选择和电池电压而异。在某些情况下，应知道各种条件下的速度，以考虑噪声灵敏度、峰峰值充电电流和电感选择限制。本应用笔记提供了一个易于使用的电子表格，用于估算不同元件值、电池参数和充电模式的电路开关速度。

介绍

在开关模式下使用DS2715电池充电器进行设计时，快速确定电路预期转换的频率范围非常有用。了解和控制开关频率有助于优化电感器选择，为晶体管选择提供指导，并规定PCB布局考虑因素等。通过DS2715进行NiMH充电的不同阶段，不同的电流源需求和电池单元电压会在很宽的范围内改变工作频率。本应用笔记分析了DS2715开关模式电路，并提供了一个易于使用的电子表格，用于估算不同工作点的开关频率。

电路概述

图1所示为降压开关充电器的等效电路，其中电池和检流电阻作为负载。DS2715通过调节R两端的电压来工作意义到预设值。检测电阻值以及该预设基准电压控制I的值负责.对于镍氢电池，首选四个充电阶段，其中三个阶段（预充电、快速充电和浮充）通过检测电阻两端的电压进行调节。第四阶段，维护，通过非稳压路径以小的连续充电电流补充电池的自放电。预充电和浮充状态的工作电流为快速充电期间调节的平均电流的 25%。这在DS2715中通过调节V的内部基准电压来实现。意义以减少 I负责.

根据电池组的状态输入各种充电状态。当电池电压小于1.0V时，采用预充电模式对耗尽的电池缓慢充电。快充模式仅在电池电压高于1.0V且不超过1.65V时使用，但也可能在满足其他快充条件时终止。浮充模式在预设的时间段内遵循快速充电模式。R寄生是添加到参考电路中的可选参数，用于表示由于电池、保险丝或其他连接不理想而可能发生的任何显著寄生压降。

图1.DS2715开关基准电路

用于调节检测电阻电压的控制电路由一个带迟滞的比较器和一个驱动漏极开路输出引脚的基准电压组成。预充电和浮充模式的迟滞约为快速充电值的25%，因为这些模式使用的基准电压较小。开关速度由 I 所需的时间决定负责从一个峰值到另一个峰值，然后再返回，其中包括反馈电路和转动Q过程中的任何延迟西 南部和 D抓住断断续续。这些延迟导致负责超过一个或两个比较器阈值，产生比标称值更大的峰峰值变化。图2显示了理想开关控制波形的示例，图3显示了Q西 南部.

图2.理想的充电电流控制波形。（未按比例绘制。

图3.具有慢Q值的充电电流控制波形西 南部关闭。（未按比例绘制。

计算方法

I 的变化率负责由理想电感L的电压和电流关系决定。

V = L × di/dt 和 dt = L × di/V

因此，Q 的开和关状态的时间量西 南部随每种状态下L两端产生的电压以及I的变化而变化负责从一个高峰到另一个高峰。I 的峰峰值负责由充电模式的迟滞值和导致比较器电平过冲的任何控制电路延迟设置。参见DS2715数据资料，了解检测比较器快速充电基准电压（V足球俱乐部）和迟滞电压（VHYS_FC).

为了简化开关速度近似值，我们假设电感两端的电压对于每个Q西 南部状态保持不变。我们还假设 V 的中点意义从峰值到峰值 [V足球俱乐部+ （0.5 × VHYS_FC）]为计算每种状态的电感电压提供了合理的稳态条件。通过这些简化，图1中基准电压源电路环路周围的压降为QSW_ON和 QSW_OFF可以计算状态以产生给定电池电压的电感电压，如下所示：

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

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

由于在快速充电模式下，电池电压可能在1.0V至1.65V范围内变化，因此计算电感电压，然后计算几个工作点的开关速度非常有用。该电子表格可供下载，该电子表格将针对快速充电模式下的三种不同电池电压以及预充电和浮充模式下的一个电池组电压执行本应用笔记中所述的计算。

一旦计算出每个状态和每个工作点的电感电压，控制电路中的任何延迟都可以计入Q西 南部.对于我们的近似值，这是通过首先计算 I 中的额外变化来实现的负责由于Q的导通和关断延迟西 南部根据以下公式：

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)

电流的这种额外变化可以被认为是 I负责由于控制信号或晶体管开关延迟而导致的比较器阈值过冲。为简单起见，我们假设电感电压在每种状态下保持恒定。当由于延迟引起的额外di被添加到由于迟滞引起的理论电流变化中时，我们有：

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

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

此调整后的增量 I负责与先前计算的电感电压一起代入理想电感方程，以确定总Q值西 南部打开和关闭状态时间。通常，双极性电路最有可能产生足够的开关延迟，因此需要考虑这种额外的延迟水平，但用户也可以为MOSFET电路建模延迟。

本应用笔记中描述的公式在电子表格中实现，便于估算DS2715开关模式充电器电路的开关速度。电子表格描述了用户必须输入的每个参数，或者用户可以选择修改的每个参数（图 4）。

图 4.开关速度计算电子表格。

第一组参数与参考原理图的元件属性有关。第二部分包含计算中使用的电池组的各个工作点。第三部分介绍电流检测比较器的内部设定点;本节中的默认值应从DS2715的数据资料中验证。最后，最后一部分参数是DS2715固有的延迟，以及开关电路引起的任何额外延迟，为了进行精确估计，必须考虑这些延迟。

计算结果

将应用电路的参数输入随附电子表格的第一个选项卡后，可以在第二个选项卡中查看开关计算结果（图5）。此选项卡显示每种模式和电池工作条件的结果，以及最终开关速度结果中使用的一些部分计算。其中包括每个状态的电感电压，I 的变化负责由于延误，以及个人的开和关状态时间。

图 5.开关速度结果选项卡。

结论

从与基准电路相关的开关速度估计中可以获取许多有用的信息。可以看出，影响DS2715开关模式NiMH充电器开关速度的主要因素是电感值，I负责，V 的净空在高于电池组电压，在某些情况下，Q 开关缓慢导致延迟西 南部.此处介绍的分析可用于估计这些电路的开关速度，并了解如何在必要时最好地调整该速度。

审核编辑：郭婷