動力電池充電器應用須知(雙 OPA 架構)

AN0497T V1.10 1 / 4 March 29, 2019

動力電池充電器應用須知(雙 OPA 架構)

文件編碼：AN0497T

簡介

電池充電器泛指將交流電轉換成低壓直流電，對電池進行充電管理之設備，充電器在各個

領域用途廣泛，依應用類型不同，可區分為數碼充電器及動力電池充電器。在傳統充電器

應用中，因缺少 MCU 做充電管理，無法對電池充電曲線精準控制，容易造成電池過充或沒

充飽等情況，影響電池使用壽命。

HOLTEK 針對動力電池充電器領域推出 ASSP MCU HT45F5Q-2，除了解決傳統充電曲線控制

不佳外，內置電池充電模組(Battery Charge Module)，能精準控制充電電壓及電流，並取代傳

統電路需外置 OPA 及 TL431 等元件。配合充電器生產治具，能將充電電壓及電流校正參數

寫入至內置 EEPROM，省去傳統人工校正，提高生產效率，校正詳情請參閱動力型充電器

校正治具應用須知。以下以 HT45F5Q-2 為例，針對動力型充電器應用架構及 HOLTEK MCU

優勢進行說明。

功能說明

HT45F5Q-2 Battery Charge Module (雙OPA架構)，內含三組OPA(OPA0~2)、一組 8-bit DAC(DAC0)

及一組 12-bit DAC(DAC1)，其中漏極開路(open drain) OPA0~1 和 DAC0~1 用於 CV 與 CC 訊號控

制，OPA 輸出可直推光耦合器，使一次側 PWM IC 能進行輸出功率調整(如下圖)。而內置 10

倍訊號放大 OPA(OPA2)用於放大充電電流訊號，提升電流解析度並降低檢測電阻功率。以下

依序說明恆壓模式、恆流模式、10 倍訊號放大和提升恆壓及恆流解析度方法之工作原理。

HT45F5Q-2 Battery Charge Module

U2 PC817

R9

D1

C2 Battery1

R1

Rectifier/Filter/Regulator

Q1Current Mode PWM IC

R3

R4

R6

AC DC

5V LDO

C3 C4

5VD2 B+

5VR2

C6

5V

B+

AC_N

AC_L

C5

R5 C7

R7 C9

R8 C8

VDD

VSS

OPA2P

OPA0N

OPA1NOPAE

C1

DAC1 12Bit

DAC0 8Bit

ADC

OPA0

OPA1

OPA2

9R

R

U1 HT45F5Q-2

動力電池充電器應用須知(雙 OPA 架構)

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工作原理

恆壓模式(CV Mode)

恆壓充電是無論電池內阻如何變化，皆以固定電壓充電。其原理為充電電壓(B+)經由電阻分

壓 R3 和 R4 分壓，由 OPA1N 傳至 OPA1 負端。通過 OPA1 輸出 OPAE 把 OPA1N 和 DAC1 誤

差放大，並經由光耦合器傳送到 PWM IC。若OPA1N電壓低於DAC1電壓則 PWM IC增加 PWM

佔空比，反之則減少 PWM 佔空比，如 OPA1N 電壓等於 DAC1，則 PWM 佔空比不變。

例：如欲設計充電器 CV 為 55V，因 DAC1 預設為 2048，輸出為 2.5V(VDD為 5V)，故可將 R3

和 R4 設計為 82K 和 3.9K，使 R3 和 R4 分壓點落在 2.5V(2048÷4096×5V=2.5V)，如此可在 B+

測得 55V 輸出。

註：編輯 DAC1 時需連續且依序編輯 DA1L 和 DA1H，DAC1 才可被編輯完成。

恆流模式(CC Mode)

恆流充電代表無論電池內阻如何變化，皆以固定電流充電。其原理為充電電流經檢測電阻 R1

產生電壓(V=I×R)，由 OPA0N 傳至 OPA0 負端。通過 OPA0 輸出 OPAE 把 OPA0N 和 DAC0 誤

差放大，並經由光耦合器傳送到 PWM IC。若OPA0N電壓低於DAC0電壓則 PWM IC增加 PWM

佔空比，反之則減少 PWM 佔空比，如 OPA0N 電壓等於 DAC0，則 PWM 佔空比不變。

例：若充電器電流檢測電阻為 0.1Ω且 VDD為 5V，如欲設計充電器 CC 為 2A(迴授電壓為 0.1

Ω×2A=0.2V)，則可設 DAC0 為 10(0.2V×256÷5V≒10)，如此充電器最大輸出電流即 2A。

註：DAC0 預設為 64，若電流檢測電阻為 0.1Ω，則 CC 為 12.5A(64÷256×5V÷0.1Ω≒12.5A)，

故請在充電器開關開啟前優先編輯 DAC0，避免充電器過流導致電池損毀。

10 倍放大 OPA2 電路

OPA2 可將電流訊號放大 10 倍，降低電流檢測電阻功耗。OPA2 的失調電壓可透過暫存器

OPVOS 校準，由±15mV 降至±2mV，OPA2 校準方式如下：

1. 設 OOFM 為 1：選擇 Offset Calibration Mode。

2. 調整 OOF [5:0]由低到高：直到 OPO 狀態改變，此值為校正值 VOS1。

3. 調整 OOF [5:0]由高到低：直到 OPO 狀態改變，此值為校正值 VOS2。

4. 調整 OOF [5:0]值為 VOS=(VOS1+VOS2)/2。

5. 設 OOFM 為 0：選擇 Normal Mode 完成校正。

提升恆壓及恆流解析度方法

OPA0 和 OPA1 正端訊號除了從內部 DAC 輸入外，亦可透過 OPA0P 和 OPA1P 輸入。若使用

者對於解析度要求較高者，可透過此腳位以電阻分壓方式設定預設值，透過改變 DAC 調整

OPA0N 或 OPA1N 電壓，達到提高電壓和電流解析度的效果。

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PCB Layout Guidelines

充電器的 CV 和 CC 控制，是透過 Battery Charge Module 對電壓和電流訊號迴授而實現的，

因此該模組外圍元件的 PCB Layout 對於充電器來說就極為重要，若 PCB Layout 不佳，容易

出現 CV 和 CC 不穩以及噪聲的問題，需注意的是光耦合器和 Battery Charge Module 的外置

元件(紅色零件)與MCU的距離。下圖為HT45F5Q-2三串鋰電池充電器的原理圖與 PCB Layout，

為了迴授最佳化，二次側元件(高功率除外)全數都在 MCU 周圍。

HT45F5Q-2 三串鋰電池充電器原理圖

HT45F5Q-2 三串鋰電池充電器 PCB Layout

D1KBP210

F1 250V/3A

C310uF/400V

R41.2M

R51.2M

R6160K

D4SFR107

R8160K

C42.2nF/630V

T1

D3 SFR107R2 5.1

CY12.2nF/400V

VDD

GNDFBRI NC

NCWENSE

GATE

U1 OB2263AP

Q1K3567

R3 470

D2 1N4148W

C110uF/50V

C20.1uF

R1 100K

C140.1uF

C10680uF/35VC6

471/1KVR1547

IN OUTGND

U4 LP2950CZ-5

C90.1uF

5V

C11680uF/35V

Q2AP9565BGH

R1610K

R91.2

R71.2

HV

HV

B-

R23 10

Q3SI2300

R2210K

R21 0.1

B+

NTC

B-

R2533K

R268.2K

C150.1uF

R2833K

R2710K

R298.2KC17

0.1uF

C160.1uF

NTC5VHVB+

GLED

R17 1.3K

R18 700

RLED

5V

5V

PA7

OPA1N

OPAE

OPA0N

VDD

VSS

PB1

PA1/OPA2P

PA4/CTPB

PB4/AN4

PB3/AN3PB0/AN0

U3 HT45F5Q-2

U5SBD10CU2

SBD10C

0.1uFC5

10uFC7

12KR10

200KR19

0.1uFC12

0.1uFC13

75KR20

10KR13

33KR11

0R14

8.2KR12

0.1uFC8

510R24

U6PC817

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結論

Charger ASSP MCU HT45F5Q-2 為高集成充電器 MCU，能透過光耦合器與 PWM IC 快速回授

達到 CV 或 CC 效果。內建純硬體迴授不受軟體干擾，提升產品安全性。支援 UART 通訊功

能，可與電池通訊提高安全性，並使產品應用更加多元。MCU 提供 20NSOP 封裝，符合工

業規格(-40℃~85℃)與高抗雜訊特性，非常適合智慧型多功能充電器相關應用。

參考資料

1. 參考文件 HT45F5Q-2 Datasheet。

2. 充電器校正治具應用範例 (AN0516T)。

如需進一步瞭解，敬請瀏覽 Holtek 官方網站 http://www.holtek.com.tw。

版本及修改資訊

Date 日期 Author 作者 Issue 發行、修訂說明

2018.05.21 李昱緯(Tooker Lee) V1.00。

2019.03.26 王駿維 V1.10。更新參考資料內容。

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