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分享4A充电芯片,单节锂电

高工
2026-09-04 19:07:38     打赏

CN3791是一款支持太阳能最大功率点跟踪(MPPT)的单节锂电池充电管理芯片,采用10引脚SSOP封装。

以下是其详细的引脚定义及功能说明:

引脚号引脚名称功能说明



1VCC电源输入正极。输入电压范围为4.5V至28V,需在此引脚附近接滤波电容
2GND系统地。输入电源和电池的负极连接端,需将功率地与信号地单点共地
3CHRG充电状态指示。漏极开路输出,充电时输出低电平,可驱动LED指示灯
4DONE充电结束指示。漏极开路输出,充电完成时输出低电平,可驱动LED指示灯
5COM环路补偿输入端。用于稳定电流/电压控制环路,需外接一个由电阻和电容串联组成的补偿网络
6MPPT最大功率点跟踪电压检测端。通过外部电阻分压网络设定太阳能电池板的最大功率点电压,内部调制目标电压为1.205V
7BAT电池正极连接端。同时作为充电电流检测的负输入端,直接连接电池正极
8CSP充电电流检测正输入端。与BAT引脚配合,检测外部电流检测电阻两端的电压,用于设定恒流充电电流
9DRV功率开关驱动端。用于驱动外部P沟道MOSFET(PMOS),控制充电电流的通断
10VG内部电压调制器输出。通常需要外接一个电容到VCC引脚,为内部电路提供稳定电压

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概述:

CN3791是一款可使用太阳能板供电的PWM降压模式单节锂电池充电管理集成电路,独立对单节锂电池充电进行管理,具有封装外形小,外围

元器件少和使用简单等优点。CN3791具有涓流,恒流和恒压充电模式,非常适合锂电池充电管理。在恒压充电模式,CN3791将电池电压调制在4.2V;在恒流充电模式,充电电流通过一个外部电阻设置。当输入电源的电流输出能力降低时,内部电路能够自动跟踪太阳能板的最大功率点,用户不需要考虑最坏情况,可最大限度地利用太阳能板的输出功率,非常适合

利用太阳能板供电的应用。对于深度放电的锂电池,当电池电压低于恒压充电电压的66.5%(典型值)时,CN3791用所设置的恒流充电电流的17.5%对电池进行涓流充电。在恒压充电阶段,充电电流逐渐减小,当充电电流降低到恒流充电电流的16%时,充电结束。在充电结束状态,如果电池电压下降到恒压充电电压的95.5%,自动开始新的充电周期。当输入电源掉电或者输入电压低于电池电压时,CN3791自动进入睡眠模式。其它功能包括输入低电压锁存,电池端过压保护

和充电状态指示等。

CN3791采用10管脚SSOP封装。


特点:

太阳能板最大功率点跟踪功能宽输入电压范围:4.5V到28V

对单节锂电池完整的充电管理充电电流可达4APWM开关频率:300KHz恒压充电电压:4.2V士1%恒流充电电流由外部电阻设置对深度放电的电池进行涓流充电自动再充电功能充电状态和充电结束状态指示软启动功能电池端过压保护工作环境温度:一40°C 到 十85°C采用10管脚SSOP封装产品无铅,满足Rohs,不含卤素。


原理图

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电路工作原理详解

整个电路可以按功能划分为以下几个部分,每个部分都围绕着CN3791的特定引脚及其外围电路展开。

1. 输入与功率级 (VCC, DRV, VG, L, D1, D2)

这部分构成了电路的核心功率转换单元,是一个降压式(BUCK)开关电源。

  • VCC (引脚1):芯片的电源输入,连接到太阳能电池板的正极。输入电压范围很宽(4.5V至28V)。C1和C2是输入滤波电容,用于稳定输入电压。

  • DRV (引脚9):这个引脚用于驱动外部的P沟道MOSFET功率开关管(你图中的Q1)。芯片内部的PWM(脉冲宽度调制)信号通过DRV控制Q1的快速导通和关断,实现电压转换。

  • VG (引脚10):内部电压调制器的输出,通常需要外接一个电容到VCC,为内部驱动电路提供稳定电压。

  • L (电感) 和 D1 (二极管):当Q1导通时,电流流过电感L为电池充电,同时电感储能;当Q1关断时,电感L通过D1(通常为肖特基二极管)续流,继续为电池提供电流。这个组合是降压电路的核心储能和续流元件。

  • D2 (二极管):你图里的D2位于输入端,这是一个防反灌二极管(阻塞二极管)。它的作用是防止在阳光不足或没有输入时,电池的电流反向流入太阳能板,从而保护太阳能板并防止电池电量流失。

2. 充电电流设定 (CSP, BAT, RCS)

充电电流的大小完全由连接在CSP和BAT引脚之间的电阻RCS决定。

  • CSP (引脚8) 和 BAT (引脚7):这两个引脚是芯片内部电流检测放大器的输入端。它们通过测量RCS两端的电压来实时监测充电电流。

  • RCS (电流检测电阻):恒流充电电流 ICH 的计算公式如下:
    ICH = 120mV / RCS

    例如,如果你需要一个1.2A的充电电流,那么RCS = 0.12V / 1.2A = 0.1Ω。

3. 最大功率点跟踪 (MPPT, R5)

这是针对太阳能应用的关键功能,由MPPT引脚及其外接的电阻分压网络实现。

  • MPPT (引脚6):此引脚内部被调制在一个精准的1.205V电压。外部电阻R5(和可能未在图中标出的另一只电阻)构成分压网络,用于设定太阳能电池板的最大功率点电压(VMPPT)-6

  • 工作原理:CN3791会动态调整充电电流,使得MPPT引脚的电压始终维持在1.205V。这样一来,太阳能板的输出电压就会被稳定在你通过电阻设定的VMPPT值上,从而确保太阳能板始终工作在最大功率输出点附近,最大限度地利用太阳能。

    VMPPT的计算公式为:VMPPT = 1.205V × (1 + R5 / R_down),其中R_down是连接到地的另一只分压电阻。你图中的R5就是这个电路中的上分压电阻。

4. 充电管理与状态指示 (BAT, CHRG, DONE, C3)

这部分负责实际的电池充电管理和状态输出。

  • BAT (引脚7):直接连接到电池正极,同时作为电压反馈端,监测电池电压。C3是输出滤波电容。

  • 充电过程:CN3791会自动管理一个完整的充电周期:

  • 涓流充电:如果电池电压过低(低于4.2V的66.5%),会先以17.5%的设定恒流进行小电流预充,以保护电池。

  • 恒流充电:当电池电压上升到阈值后,进入主充电阶段,以RCS设定的恒定大电流快速充电。

  • 恒压充电:当电池电压接近4.2V时,转入恒压模式,充电电流逐渐减小。

  • 充电终止:当充电电流减小到设定恒流值的16%时,充电结束。

  • 自动再充电:充电结束后,如果电池电压因自放电而下降到4.2V的95.5%,芯片会自动开始新一轮充电。

  • CHRG (引脚3) 和 DONE (引脚4):这两个是漏极开路输出的状态指示引脚。

    • 充电过程中,CHRG引脚内部拉到低电平(可点亮红色LED指示“正在充电”)。

    • 充电完成后,DONE引脚内部拉到低电平(可点亮绿色LED指示“充电结束”)。

    • 在无电池或故障等状态下,两者均呈现高阻态。

为了帮助你更清晰地理解,我将上述关键引脚和功能整理成下表:

功能模块关键引脚核心作用关键外部元件




功率转换VCC, DRV, VG接收输入,驱动开关管,进行电压变换Q1 (MOSFET), L (电感), D1 (续流二极管), C1/C2 (滤波电容)
电流设定CSP, BAT检测RCS两端电压,设定恒流充电电流RCS (决定电流大小:I=0.12/R)
MPPT控制MPPT通过外部电阻分压设定太阳能板最佳工作点R5 (及另一只下分压电阻) (决定电压:V=1.205*(1+R5/Rdown))
充电管理BAT监测电池电压,管理涓流/恒流/恒压充电过程C3 (输出滤波电容)
状态指示CHRG, DONE输出充电和充电结束状态信号两个LED及限流电阻
输入保护-防止电池电流倒灌D2 (阻塞二极管)

总结

该电路以CN3791为核心,实现太阳能MPPT充电管理。功率级由DRV驱动PMOS开关管,配合电感L与续流二极管D1构成降压变换器,D2防止电池电流倒灌。电流设定由CSP与BAT引脚间的检测电阻RCS决定,恒流值=0.12V/RCS。MPPT功能通过MPPT引脚的外部分压电阻设定太阳能板最佳工作点,芯片动态调节以维持该电压,最大化能量利用。充电管理自动执行涓流、恒流、恒压三阶段,直至电流降至设定值16%时终止,并由CHRG和DONE引脚输出充电与充满状态指示。

简单说,就是通过MPPT锁定太阳能板最大功率点,以精确的三阶段方式为单节锂电池安全充电。





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