有人提出：能否在1A線性充電器電路中加一個擴流電路，使充電電流擴大到2～2.5A，解決3000～5400mAh容量鋰離子電池的充電問題。如果擴流的充電器性能不錯、電路簡單、成本不高，這是個好主意。筆者就按這一思路設計一個擴流電路。這電路采用型號為CN3056的1A線性充電器為基礎，另外加上擴流電路及控製電路組成。

CN3056簡介

CN3056組成的充電器按恒流、恒壓模式充電，若充電電池電壓<3V
，則有小電流預充電模式；充電電流可設定，最大充電電流為1A；精電密度4.2V±1%、有熱調節、欠壓鎖存及電池溫度檢測

、超溫保護及充電狀態和溫度超差指示功能
；10引腳小尺寸DFN封裝（3mm×3mm）。

若充電率在0.5～1C之間
、電池的溫度在0～45℃之間（室溫充電）

，則CN3056充電器電路中可省去電池溫度檢測電路及電池超溫指示電路（引腳TEMP及FAULT端接地）
，電路如圖1所示。VIN是電源輸入端
、CE是使能端
，（高電平有效）；RISET為充電電流ICH設定電阻
，RISET（Ω）=1800（V）/ICH（A）；CHRG為充電狀態信號輸出端：充電時此端為高電平
，LED亮
；充電結束時此端為高阻抗，LED滅；電池未裝入或接觸不良
，LED閃亮。VIN一般取4.5～5V，10μF及6.8μF為輸入

、輸出電容，保證充電器穩定工作。

圖1：由CN3056構成的充電電路

電器擴流電路

充電器擴流電路是在原充電器電路上加上擴流電路組成的。擴流電路由兩部分組成：擴流部分及控製部分。采用CN3056充電器為基礎，加上擴流部分及控製部分電路如圖2所示。現分別介紹其工作原理。

圖2：充電器電路

擴流部分電路

擴流部分電路如圖3所示。它由P溝道功率MOSFET（VT）
、R及RP組成的分壓器、肖特基二極管D4組成。利用分壓器調節P-MOSFET的-VGS大小，使獲得所需擴流電流[page]
ID.P-MOSFET的輸出特性（以Si9933DY為例）如圖4所示。在-VGS=2.1V、VDS>0.5V時，其輸出特性幾乎是一水平直線；在不同的VDS時
，ID是恒流。從圖4也可以看出，在-VGS增加時，ID也相應增加。

圖3：括流部分電路

圖4：P-MOSFET輸出特性

控製部分電路

控製部分電路的目的是要保持原有的三階段充電模式
，在預充電階段及恒壓充電階段不擴流，擴流僅在恒流階段
，如圖5所示。

圖5：括流電路的電流表現　　

原充電器以1A電流充電
，若擴流電流為1A
，則在恒流充電階段時充電電流為2A.圖5中紅線為充電電池電壓特性、黑線為充電電流特性，實線為加擴流特性，虛線為未加擴流特性。從圖5可看出：擴流的充電時間t5比不擴流的時間要短（圖5中的時間坐標並未按比例畫）；並且也可以看出：擴流僅在恒流充電階段進行。

為保證擴流在電池電壓3.0V開始
，在電池電壓4.15V時結束，控製電路設置了窗口比較器，在電池電壓（VBAT）為3.0～4.15V之間控製P-MOSFET導通。在此窗口電壓外，P-MOSFET截止。

在圖2中
，由R5
、R6及R7、R8組成兩個電壓分壓器（檢測電池的電壓VBAT），並分別將其檢測的電壓輸入比較器P1及比較器P2組成的窗口比較器。R3
、R4分別為P1及P2[page]
的上拉電阻
，D2
、D3為隔離二極管。充電電池電壓VBAT與P1
、P2的輸出及P-MOSFET的工作狀態如表1所示。

表1：充電電池電壓和P-MOSFET工作狀態

　　
從圖2可看出：P-MOSFET的-VGS電壓是由R2、RP往D1提供的
，則P-MOSFET在上電後應是一直導通的。現要求在電池電壓（VBAT）小於3.0V及大於4.15V時P-MOSF ET要關斷
，則控製電路要在VBAT<3.0V及VBAT> 4.15V時，在P-MOSFET的柵極G上加上高電平，使其-VGS=0.7V
，小於導通閾值電壓-VGS（th），則P-MOSFET截止（關斷）。現由P1、P2比較器及其他元器件組成窗口比較器實現了這一控製要求：無論是P1或P2輸出高電平時
，VIN通過R4或R3及D3或D2加在P-MOSFET的柵極上

，迫使柵極電壓為VIN=0.7V，則-VDS=0.7V而截止，滿足了控製的要求（見圖6）。圖中，D1、D2、D3是隔離二極管
，是正確控製必不可少的。

圖6：窗口比較器電路

P-MOSFET的功耗及散熱

擴流管P-MOSFET的功耗計算

P-MOSFET在擴流時的功耗PD與輸出電壓VIN電池電壓VBAT


、肖特基二極管的正向壓降VF及擴流電流ID有關，其計算公式如下：

PD=VIN-（VBAT+VF）×ID （1）

其最大的功耗是在VIN（max）及VBAT（min）時，即在擴流開始時（VBAT=3V）
，則上式可寫成：

PDmax=VIN（max）-（3V+VF）×ID （2）

若VIN（max）=5.2V、在ID=1A時，VF=0.4V
，則PDmax=1.8W.選擇的P-MOSFET的最大允許功耗應大於計算出的最大功耗。

P-MOSFET的散熱

貼片式功率MOSFET采用印製板的敷銅層來散熱，即在設計印製板時要留出一定的散熱麵積。例如，采用DPAK封裝的MTD2955E在計算出PDmax=1.75W時
，需11mm2散熱麵積；若PDmax=3W時，需26mm2散熱麵積。若采用雙麵敷銅板（在上下層做一些金屬化孔相互連接
，利用空氣流通），則其麵積可減小。若散熱不好，功率MOSFET的溫度上升，ID的輸出會隨溫度增加而上升。所以足夠的散熱是要重視的，最好是實驗確定其合適散熱麵積，使ID穩定。

這裏還需要指出的是，不同封裝的P-MOSFET，在同樣的最大功耗時，其散熱麵積是不同的。例如采用SO-8封裝的Si99XXDY係列P-MOSFET時
，封裝尺寸小、背麵無金屬散熱墊，其散熱麵積要比用DPAK封裝大得多。具體的散熱麵積由實驗確定。

兩種功率MOSFET

這裏介紹兩種P-MOSFET：Si9933DY及MTD2955E。

引腳排列

Si9933DY引腳排列如圖7所示
，MTD2955E引腳排列如圖8所示。

圖7：Si9933DY引腳排列

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圖8：MTD2955E引腳排列

輸出特性

Si9933DY時可將兩MOSFET並聯應用

，使功率增加一倍，PDS（ON）減小一半。采用Si9933DY可擴流1A.采用MTD2955E可擴流2A或2A以上。

圖9：Si9933DY輸出曲線

圖10：MTD2955E輸出曲線

采用上述簡單的擴流電路可增加充電電流到2～3A.但由於擴流管工作於線性狀態
，管耗大，效率60%～70%.若需要更大的充電電流還是用開關電源
，它可獲得更高的效率。