先進的鋰電池線性充電管理芯片
1.引言
BQ2057系列是美國TI公司生產的先進鋰電池充電管理芯片,BQ2057系列芯片適合單節(4.1V或4.2V)或雙節(8.2V或8.4V)鋰離子(Li-Ion)和鋰聚合物(Li-Pol)電池的充電需要,同時根據不同的應用提供了MSOP、TSSOP和SOIC的可選封裝形式,利用該芯片設計的充電器外圍電路及其簡單,非常適合便攜式電子產品的緊湊設計需要。BQ2057可以動態補償鋰電池組的內阻以減少充電時間,帶有可選的電池溫度監測,利用電池組溫度傳感器連續檢測電池溫度,當電池溫度超出設定范圍時BQ2057關閉對電池充電。內部集成的恒壓恒流器帶有高/低邊電流感測和可編程充電電流,充電狀態識別可由輸出的LED指示燈或與主控器接口實現,具有自動重新充電、最小電流終止充電、低功耗睡眠等特性。
2.功能及特性
2.1 器件封裝及型號選擇
BQ2057系列(lie)充(chong)電(dian)芯片為滿足設計需要,提供了多種可選封(feng)裝(zhuang)及(ji)型號,其封(feng)裝(zhuang)形(xing)式如圖2-1所示,有MSOP、TSSOP和SOIC三種封(feng)裝(zhuang)形(xing)式。其型號有BQ2057、BQ2057C、BQ2057T和BQ2057W四(si)種,分別適(shi)合4.1V、4.2V、8.2V和8.4V的充(chong)電(dian)需要。
元件型號充電電壓 BQ2057 4.1V BQ2057C 4.2V BQ2057T 8.2V BQ2057W 8.4V
BQ2057的引腳功能描述如下: VCC (引腳1):工作電源輸入; TS (引腳2):溫度感測輸入,用于檢測電池組的溫度; STAT(引腳3):充電狀態輸出,包括:充電中、充電完成和溫度故障三個狀態; VSS (引腳4):工作電源地輸入; CC (引腳5):充電控制輸出; COMP(引腳6):充電速率補償輸入; SNS (引腳7):充電電流感測輸入; BAT (引腳8):鋰電池電壓輸入;
2.2 充電狀態流程
BQ2057的充電分為(wei)三個階段(duan):預充狀態、恒流充電和恒壓充電階段(duan)。
2.2.1 預充階段在安裝好電池并加上電源后,BQ2057首先檢查工作電壓VCC,當工作電壓過低時電池充電器進入睡眠模式,若工作電壓正常,則檢查電池溫度是否在設定范圍,若不正常則進入溫度故障模式,否則檢測電池電壓VBAT,當電池電壓VBAT低于低壓門限V(min)時,BQ2057以恒流IREG10%的電流IPRE對電池預充電,
2.2.2 恒(heng)流(liu)充(chong)(chong)(chong)(chong)電(dian)。在(zai)(zai)完成對(dui)電(dian)池預充(chong)(chong)(chong)(chong)或電(dian)池電(dian)壓VBAT低于恒(heng)壓VREG時,BQ2057進入恒(heng)流(liu)充(chong)(chong)(chong)(chong)電(dian)狀態,此(ci)時由(you)外部(bu)的(de)感測電(dian)阻(zu)RSNS上(shang)的(de)壓降監(jian)控充(chong)(chong)(chong)(chong)電(dian)電(dian)流(liu),該電(dian)阻(zu)可采取(qu)高/低邊(bian)的(de)連接(jie)方式(shi),在(zai)(zai)高邊(bian)電(dian)流(liu)檢測中RSNS接(jie)在(zai)(zai)VCC和SNS引(yin)腳(jiao)間,在(zai)(zai)低邊(bian)電(dian)流(liu)檢測中RSNS接(jie)在(zai)(zai)VSS和SNS引(yin)腳(jiao)間,通過(guo)SNS引(yin)腳(jiao)獲得充(chong)(chong)(chong)(chong)電(dian)電(dian)流(liu)的(de)反饋,感測電(dian)阻(zu)由(you)公(gong)式(shi)(1)計(ji)算:
其中IREG為預期的充電電流,VSNS可在BQ2057的電特性表中查得。
2.2.3 恒壓充電。當充電電壓達到恒壓VREG時進入恒壓充電狀態。在整個工作溫度和工作電壓范圍內,恒壓精度高于±1%,BQ2057通過VBAT和VSS引腳監測電池組電壓,當充電電流達到終止門限I(TERM)時停止充電,當電池電壓低于重新充電門限電壓V(RCH)時自動開始重新充電。BQ2057除了能實現標準的4.1V、4.2V、8.2V和8.4V電壓充電外,還可以通過分壓實現對非標準電壓充電,其方法是用分壓電阻實現的電池分壓值作為BAT引腳的輸入。
2.3 電池溫度監測
BQ2057通過測量TS與VSS引腳間的電壓實現對電池組溫度的連續監測,常用熱敏電阻作為溫度傳感器,并通過分壓電阻實現。分壓電阻的阻值可根據參數計算。BQ2057將該電壓與內部的V(TS1)和V(TS2)門限電壓比較以決定是否允許充電。由于外部分壓及內部門限電壓均以VCC為參考,保證了溫度檢測電路不受工作電源VCC的波動影響。當把TS引腳連到VCC或VSS時,可以禁止BQ2057的充電功能。
2.4 充電狀態指示
BQ2057通過三態引腳STAT報告當前的充電狀態:充電狀態高電平、充電完成低電平、溫度故障或睡眠狀態高阻態。當將STAT引腳與單LED或雙LED反接方式連接時,可實現充電狀態的LED指示,也可以將STAT口與儀器微控制器接口,微控制器通過識別STAT口的
三種狀態實現儀器的智能管理。
3.典型充電器電路設計
利用BQ2057設計的充電器電路簡單,可廣泛應用于目前的便攜式電子系統的電源管理,對于便攜式電子產品的緊湊設計很有意義。
采用BQ2057設計的鋰電池充電電路可實現對1節或兩節鋰電池的充電,工作電源DC+根據充電鋰電池組的電壓選擇,推薦工作電壓4.5V~18V,電池組的正端電壓PACK+接BAT引腳,TS引腳檢測電池組的熱敏電阻NTC通過分壓電阻后的分壓值,以此判斷溫度是否正常,BQ2057可設計由PNP晶體管或P溝道MOSFET管充電,在選擇時應滿足功耗要求.
4.結束語
在(zai)我們所設計的便攜式電(dian)(dian)(dian)(dian)子儀器(qi)中,選擇了(le)BQ2057W芯(xin)片設計儀器(qi)的7.2V鋰離子電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)組充電(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)路,該(gai)充電(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)路非(fei)常簡(jian)單(dan),整(zheng)個(ge)充電(dian)(dian)(dian)(dian)過(guo)程及狀(zhuang)態(tai)顯(xian)示均(jun)由BQ2057單(dan)獨(du)實(shi)現(xian),整(zheng)個(ge)電(dian)(dian)(dian)(dian)源管理模塊簡(jian)單(dan)可靠,該(gai)充電(dian)(dian)(dian)(dian)器(qi)電(dian)(dian)(dian)(dian)路對于涉及到鋰電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)充電(dian)(dian)(dian)(dian)要求(qiu)的電(dian)(dian)(dian)(dian)子系(xi)統設計很有價值。