充電管理IC詳細(xì)中文說(shuō)明

1、引腳說(shuō)明1PWM控制器1溫度限制2電池預(yù)充電3電池充電電流3電池電壓穩(wěn)壓3充電終止與重新充電4睡眠模式4充電狀態(tài)輸出5PG輸出5CE輸入（充電使能）5定時(shí)器錯(cuò)誤恢復(fù)5輸出過(guò)壓保護(hù)（所有型號(hào)適用）6預(yù)充電和快速放電控制6充電終止和安全定時(shí)器6電感，電容，和感應(yīng)電阻選型指南6電池檢測(cè)6電池檢測(cè)示例8BqSWITCHER 系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例10應(yīng)用信息13使用bq24105向Li FePO4電池充電14溫度考慮15PCB LAYOUT考慮15引腳說(shuō)明u 該IC的輸入電壓為POWER_9V，經(jīng)兩個(gè)電容去耦接入IC電源輸入端。u 電池電壓感應(yīng)通過(guò)BAT引腳輸入。通過(guò)CE引腳可以控制IC工作模式。u CE為低電

2、平是，IC處于充電模式；CE為高電平時(shí)，IC處于延遲充電或睡眠模式。u CELLS接高電平表示外接雙節(jié)電池。u FB為輸出電壓模擬反饋調(diào)節(jié)的輸入端。u ISET1通過(guò)電阻接地可以調(diào)節(jié)快速充電的電流大小。u ISET2通過(guò)電阻接地可以調(diào)節(jié)預(yù)充電和終止充電的電流大小。u OUT1和OUT2為充電電流輸出端，通過(guò)電感與電池連接。PG端為低電平時(shí)表示電源正常。u PGND為電源地輸入端。u SNS為充電電流感應(yīng)輸入端。u STAT1和STAT2組合表示電池的不同狀態(tài)。具體狀態(tài)見(jiàn)表1。表 1u TS為溫度感應(yīng)輸入端，通過(guò)內(nèi)部閾值決定充電是否被允許來(lái)控制自身電壓。通過(guò)NTC熱敏電阻和VTBS的分壓來(lái)確定T

3、S端的電壓。u TTC為定時(shí)器和充電終止控制端，當(dāng)TTC為低電平時(shí)，充電終止。u VCC為模擬器件輸入。u VSS為模擬地輸入。u VTSB為TS的內(nèi)部偏置校準(zhǔn)電壓。PWM控制器Bq241xx提供一個(gè)有前向反饋功能來(lái)調(diào)節(jié)充電電流或電壓的集成的1MHz頻率的電壓模式控制器。這種類型的控制器用來(lái)改善瞬態(tài)線性響應(yīng)，因此簡(jiǎn)化了同時(shí)用于持續(xù)和非持續(xù)電流傳輸?shù)难a(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)電路。該電壓和電流回路有內(nèi)部補(bǔ)償以TYPE-III補(bǔ)償方案為了穩(wěn)定的操作提供足夠的升壓相位，允許使用具有非常小的ESR的小陶瓷電容。在PWM邊沿底部有0.5V的偏壓，允許該器件在10%到90%的工作周期工作。內(nèi)部PWM柵極驅(qū)動(dòng)可以直接控制內(nèi)部

4、的PMOS和NMOS電源MOSFET。高邊柵極電壓在VCC-VCC-6v（當(dāng)工作時(shí)期VCC大于6V）變化，通過(guò)給柵極增加一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)5V電壓之外的額外電壓來(lái)降低轉(zhuǎn)換的傳輸損失。低邊柵極電壓從6V開(kāi)始擺動(dòng)變化，來(lái)打開(kāi)NMOS管，下拉到PGND來(lái)關(guān)掉NMOS管。Bq241xx在高邊有兩個(gè)背靠背的共漏極P-MOSFET。其中一個(gè)輸入P-MOSFET用來(lái)阻止在IN電壓低于BAT電壓時(shí)電池放電。另一個(gè)P-MOSFET作為控制FET的開(kāi)關(guān)，免去引導(dǎo)程序電容的使用。每個(gè)周期的電流限制通過(guò)高邊感應(yīng)FET來(lái)感應(yīng)。閾值設(shè)置為3.6A的漏電流。低邊FET同樣有一個(gè)電流限制來(lái)決定在電流反轉(zhuǎn)之前PWM控制器是否打開(kāi)，從而阻

5、止電池放電。當(dāng)?shù)瓦匜ET電流比最小能量損失大100nA以上時(shí)將會(huì)使用同步工作。溫度限制BqSWITCHER 通過(guò)測(cè)量TS 和VSS的電壓來(lái)持續(xù)管理電池溫度。一個(gè)負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻和一個(gè)外部電壓分壓器來(lái)生成這個(gè)電壓。bq2410x 將這個(gè)電壓與內(nèi)部閾值電壓比較來(lái)決定是否充電。要開(kāi)始一個(gè)充電周期，電池溫度必須在V(LTF)-V(HTF)(默認(rèn)低溫與默認(rèn)高溫)閾值之間。如果電池溫度超出這個(gè)范圍，bq2410x 將會(huì)暫停充電直到電池溫度處于正常范圍。在充電周期內(nèi)（預(yù)充電和快速充電）電池溫度必須處于V(LTF)-V(TCO)（默認(rèn)低溫與關(guān)斷溫度）閾值之間。如果電池溫度超出這個(gè)范圍，bq2410x 將會(huì)暫

6、停充電直到電池溫度回到該范圍。bq2410x 通過(guò)關(guān)斷PWM和 保持定時(shí)器的值（在暫停期間定時(shí)器不會(huì)復(fù)位）實(shí)現(xiàn)暫停充電。注意外部電阻分壓的電壓來(lái)自VTSB輸出。一個(gè)介于V(LTF)-V(HTF)的持續(xù)電壓可以失能TS引腳的溫度感應(yīng)特性。電池預(yù)充電在電源上電后，如果電池電壓低于閾值VLOWV（雙節(jié)電池8V左右）,bq2410x 請(qǐng)求預(yù)充電電流IPRECHG給電池充電。該電流喚醒深度放電的電池。在條件化階段，bq2410x 激活安全定時(shí)器tprechg 。如果在定時(shí)周期內(nèi)沒(méi)有閾值VLOWV到來(lái)，bq2410x 會(huì)關(guān)閉充電器并通過(guò)STAX引腳提示錯(cuò)誤。在錯(cuò)誤條件下，bq2410x 將電流減小到IDE

7、TECT。IDETECT用來(lái)檢測(cè)電池放置情況。通過(guò)POP或電池放置可以清除錯(cuò)誤條件。預(yù)充電的電流大小由可編程電阻R(ISET2)的阻值決定,該電阻連接到ISET2引腳。電池充電電流 電池充電電流IO(CHARGE)由外部感應(yīng)電阻R(SNS)和與ISET1引腳相連的電阻R(ISET1)確定。為了設(shè)定該電流，首先選擇將限制電壓通過(guò)電阻R(SNS)。當(dāng)VIREG介于100mV-200mV時(shí)精度將達(dá)到最佳。如果結(jié)果不是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的感應(yīng)電阻值，選擇較大的臨近值。使用選定的標(biāo)準(zhǔn)值來(lái)確定VIREG。感應(yīng)電阻確定后，就可以通過(guò)以下等式計(jì)算出ISET1電阻。電池電壓穩(wěn)壓電壓校準(zhǔn)反饋回路由BAT引腳產(chǎn)生。這個(gè)輸入與

8、電池正極直接相連。bq2410x 用BAT和VSS引腳管理電池。bq2410x 提供單電池（4.2V）適用版本和可通過(guò)CELLS引腳選擇單電池、雙電池的版本。CELLS引腳為低電平或懸空選擇單電池模式，通過(guò)一個(gè)電阻將CELLS引腳電平拉高選擇雙電池模式（8.4V）。Bq 241005和bq24115的輸出電壓定義為：R1和R2分別為BAT到FB與FB到VSS的分壓電阻。Bq 241005和bq24115再充電的閾值電壓定義為：充電終止與重新充電bq2410x 在電壓穩(wěn)定期間管理充電電流。一旦充電終止閾值ITERM被檢測(cè)到，bq2410x 就終止充電。該終止電流大小通過(guò)與ISET2引腳相連的可編

9、程電阻確定。作為一個(gè)安全阻塞，bq2410x 還提供了一個(gè)可編程的充電定時(shí)器。充電時(shí)間可以通過(guò)TTC和GND之間的電容編程，計(jì)算方程如下：為了失能充電終止和安全時(shí)鐘，使用者可以將TTC輸入低于閾值VTTC_EN。運(yùn)行于這個(gè)閾值以上時(shí)使能充電終止和安全定時(shí)器起作用同時(shí)復(fù)位定時(shí)器。固定TTC為高只失能安全定時(shí)器。睡眠模式如果VCC引腳與電路斷開(kāi)bq2410x 將進(jìn)入低功耗睡眠模式。這個(gè)特性防止VCC斷開(kāi)時(shí)電池漏電。充電狀態(tài)輸出開(kāi)漏輸出端STAT1和STAT2輸出的不同狀態(tài)指示充電的不同操作（見(jiàn)表一）。這些狀態(tài)可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)LED或者與主機(jī)進(jìn)行通信。注意OFF指示開(kāi)漏晶體管關(guān)斷。PG輸出開(kāi)漏輸出PG表

10、示AC-DC適配器在位。在睡眠模式退出閾值VSLP-EXIT被檢測(cè)到時(shí)該輸出將會(huì)打開(kāi)。在睡眠模式該輸出被關(guān)閉。PG引腳可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)LED或者與主機(jī)進(jìn)行通信。CE輸入（充電使能）CE數(shù)字信號(hào)輸入用來(lái)使能或使能充電進(jìn)程。低電平信號(hào)有效。這個(gè)引腳上一個(gè)高電平到低電平的轉(zhuǎn)換也能復(fù)位所有定時(shí)器和錯(cuò)誤條件。注意CE引腳不能上拉到VTSB電壓，這樣可能引起不能正常上電的問(wèn)題。（VTSB輸出受CE控制）定時(shí)器錯(cuò)誤恢復(fù)如圖10所示，bq2410x 提供了一個(gè)處理定時(shí)器錯(cuò)誤情形的恢復(fù)方法。下面概述這種方法。情形1 VI(BAT)高于充電閾值（VOREG-VRCH）并且定時(shí)器溢出錯(cuò)誤發(fā)生。情形2 充電電壓低于充電閾

11、值（VOREG-VRCH）并且定時(shí)器溢出錯(cuò)誤發(fā)生。輸出過(guò)壓保護(hù)（所有型號(hào)適用）bq2410x 提供內(nèi)建電壓保護(hù)來(lái)保護(hù)器件和其他部件因電池獲得的電壓過(guò)高或電池突然移走而損壞。當(dāng)過(guò)壓條件被檢測(cè)到，該數(shù)據(jù)會(huì)關(guān)斷PWM和STATX引腳。這個(gè)錯(cuò)誤會(huì)被清除一旦VI(BAT)掉落到重新充電閾值（VOREG-VRCH）。預(yù)充電和快速放電控制CMODE 引腳的低電壓信號(hào)通過(guò)ISET2控制bq2410x 進(jìn)入預(yù)充電模式。高電平信號(hào)通過(guò)ISET2使bq2410x 進(jìn)入快速充電模式。如果電池達(dá)到穩(wěn)定電壓VOREG, bq2410x 不受CMODE引腳的控制直接進(jìn)入穩(wěn)壓狀態(tài)。充電終止和安全定時(shí)器在bq2410x 控制版

12、本中充電定時(shí)器和終止會(huì)失能。主機(jī)系統(tǒng)可以通過(guò)CE引腳輸入控制使能或失能。當(dāng)檢測(cè)到過(guò)壓，充電進(jìn)程將會(huì)終止，所有的電源FET會(huì)關(guān)閉。電感，電容，和感應(yīng)電阻選型指南bq2410x 提供內(nèi)部補(bǔ)償回路。在這樣的設(shè)計(jì)下，最佳穩(wěn)定性發(fā)生在LC的共振頻率，fO大約為16kHz（8kHz-32kHz）。可以通過(guò)等式9計(jì)算輸出電感和電容。表格3給出了各種充電速率的典型元件值。電池檢測(cè)bq2410x 為可拆卸電池的應(yīng)用設(shè)計(jì)了電池在位檢測(cè)，能可靠得檢測(cè)出電池的接入和拆卸。BAT引腳電壓大于重新充電電壓閾值VOREG-VRCH時(shí)，電池快速充電。當(dāng)BAT電壓降落在預(yù)充電閾值內(nèi)，或電池接入負(fù)載，或電池被拆卸，bq2410x

13、 開(kāi)始進(jìn)行電池在位檢測(cè)。這個(gè)檢測(cè)包括使能檢測(cè)電流IDISCHARGE,在一個(gè)周期t DISCHARGE檢測(cè)電池電壓是否低于短路閾值電壓VSHORT。在這之后，喚醒電流IWAKE對(duì)電池充電tWAKE時(shí)間，再次檢測(cè)電池電壓來(lái)確定它大于重新充電閾值。該電流的目的是bq2410x 有電池連接時(shí)用來(lái)嘗試打開(kāi)電池保護(hù)。同時(shí)通過(guò)放電和充電檢測(cè)表明STAT引腳不存在錯(cuò)誤。任意一個(gè)檢測(cè)到失敗開(kāi)始一個(gè)新的充電周期。電池在位時(shí)，BAT引腳的典型電壓在0V-VOVP上下浮動(dòng)才能被識(shí)別。電池檢測(cè)示例在放電和喚醒測(cè)試期間為了檢測(cè)無(wú)電池條件，最大輸出電容不應(yīng)該超出下面的值：基于這些計(jì)算，推薦的最大輸出電容是用來(lái)確保電池檢測(cè)

14、設(shè)計(jì)為100F的正確操作，這樣進(jìn)程和溫度變化范圍將會(huì)被允許。圖13演示了電池接入時(shí)的電池檢測(cè)原理。通道3為輸出信號(hào)，通道4為輸出電流。輸出信號(hào)在VOREG（8.4V）和GND跳變直到電池接入。一旦檢測(cè)到電池，輸出電流從0A上升到1.3A，這就是可編程電容在這方面的應(yīng)用。圖14演示了當(dāng)電池被拆卸時(shí)電池檢測(cè)的原理。通道3為輸出信號(hào)，通道4為輸出電流。當(dāng)電池被移走時(shí)，由于電感存儲(chǔ)的能量釋放輸出電流上升，電壓大于閾值VOREG-VRCH。在這個(gè)時(shí)候，輸出電流變?yōu)?A，IC終止充電進(jìn)程同時(shí)打開(kāi)IDISCHG2電流t DISCHG2時(shí)間。這將使輸出電壓降低到重新充電閾值VOREG-VRCHG（8.2V）以

15、下,進(jìn)而觸發(fā)一個(gè)電池在位條件開(kāi)始電池檢測(cè)機(jī)制。BQ241XX系列提供了電流感應(yīng)放大功能，能將充電電流轉(zhuǎn)換為DC電壓。圖15就是該功能的結(jié)構(gòu)框圖。ISET2引腳上的電壓可以用來(lái)計(jì)算充電電流。計(jì)算式如下：這個(gè)功能可以用來(lái)在電流穩(wěn)定期間和電壓穩(wěn)定期間管理充電電流（見(jiàn)圖16）。該原理的應(yīng)用電路見(jiàn)圖18.BqSWITCHER 系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例接下來(lái)的部分將提供一個(gè)詳細(xì)的bq 24100設(shè)計(jì)實(shí)例。系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)說(shuō)明：RTH(熱敏電阻阻值)應(yīng)用信息同時(shí)對(duì)電池充電和對(duì)系統(tǒng)供電電不影響電池充電和終止。（因?yàn)門TC有接電容）BqSWITCHER設(shè)計(jì)為單電池充電但是可以很適合驅(qū)動(dòng)一個(gè)系統(tǒng)負(fù)載，而且需要考慮的次要問(wèn)題很少。

16、優(yōu)點(diǎn)：1、 充電控制只是基于通過(guò)電流感應(yīng)電阻的電流（所以預(yù)充電，持續(xù)充電和充電終止都能正常工作），而且不受系統(tǒng)負(fù)載的影響。2、 輸入電壓在輸入端已經(jīng)有效的轉(zhuǎn)化為可用的系統(tǒng)電壓。3、 外部多余的FET不需要從電池獲取能源。4、 TTC引腳接地可以使能充電終止保持轉(zhuǎn)換進(jìn)行使電池充滿電，或者讓開(kāi)關(guān)終止當(dāng)電池充滿然后通過(guò)感應(yīng)電阻關(guān)閉電池。其他問(wèn)題：1、 如果系統(tǒng)電流過(guò)大（1A），IR下降到電池阻抗使電池電壓降落到清空電壓開(kāi)始一個(gè)新的充電周期。因?yàn)榈统潆婋娏?，充電器停止充電。因此充電器將?huì)在充電和充電終止循環(huán)。如果負(fù)載較小，電池放電應(yīng)該降低清空閾值產(chǎn)生更慢的周期。注意TTC引腳要接地，保持轉(zhuǎn)換的連續(xù)。2

17、、 如果TTC已經(jīng)接地，電池電壓保持在4.2V（與電池完全充滿空載時(shí)有很大區(qū)別）3、 當(dāng)通過(guò)感應(yīng)電阻向系統(tǒng)放電能有效降低2-3%的熱。使用bq24105向Li FePO4電池充電Li FePO4有很多特性，例如高散熱溫度，放電能力，充電。因?yàn)檫@些特性使它在諸如電源工具的應(yīng)用很有競(jìng)爭(zhēng)力。推薦充電電壓為3.6V，終止電流為50mA。圖19舉例了使用bq24105向Li FePO4電池充電的電路。充電電壓為3.6V,重新充電電壓為3.516V?？焖俪潆婋娏鳛?.33A，終止充電電流為50mA。這個(gè)電路可以很容易改變?yōu)閮蓚€(gè)電池充電或三個(gè)電池充電。但是穩(wěn)壓設(shè)置點(diǎn)與重新充電閾值只有84mV的區(qū)別，這樣當(dāng)小

18、負(fù)載電流應(yīng)用時(shí)，可以頻繁地進(jìn)入重新充電模式。這樣可以降低重新充電電流到200mV使電池在進(jìn)入重新充電模式之前釋放更多的電量。重新充電閾值必須根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選擇。溫度考慮bq2410x 采用熱增強(qiáng)型MLP封裝。封裝包括一個(gè)熱焊盤保證了IC與PCB有效的熱接觸。測(cè)量封裝散熱性能的最常見(jiàn)的方法是從bq2410x 節(jié)點(diǎn)到封裝表面周圍測(cè)量熱阻抗。（JA），計(jì)算公式如下：影響JA測(cè)量和計(jì)算的因素：器件是否有安裝在板上。走線，材料，厚度，結(jié)構(gòu)器件方位（水平或垂直）是否有其他表貼器件靠近被測(cè)器件器件消耗功率為轉(zhuǎn)換率和內(nèi)部功率FET的掉落電壓?？赏ㄟ^(guò)下面的等式計(jì)算： PCB LAYOUT考慮PCB LAYOUT

19、 需要格外注意。要遵循以下幾點(diǎn)指南：l 為了達(dá)到最理想的性能，連接輸入到PGND的電容要盡量靠近bq2410x 放置。電感應(yīng)該直接放置在IC和輸出電容之間。這樣做的目的是盡量減小從輸出引腳到LC濾波再返回到GND引腳的回路面積。感應(yīng)電阻臨近電感和輸出電容。連接感應(yīng)電阻和IC的走線應(yīng)該盡量短（使回路面積最?。┗蛘咴诟髯耘R近層的上方（走線不要有大電流通過(guò)）。如果使用了長(zhǎng)電池導(dǎo)線要在感應(yīng)電阻接一個(gè)電容。l 將所有的小信號(hào)器件（CTTC,REST1/2和TS）分別放置在相鄰的IC引腳（放置這些器件時(shí)不能中斷電源網(wǎng)絡(luò)電流的走線）。所有的小控制信號(hào)要遠(yuǎn)離大電流走線。l PCB應(yīng)該有一個(gè)地平面用來(lái)直接連接所有通過(guò)導(dǎo)通孔的器件的回路。（每個(gè)電源網(wǎng)絡(luò)電容要3個(gè)導(dǎo)通孔，每個(gè)IC的PGND也要3個(gè)導(dǎo)通孔，每個(gè)小信號(hào)器件需要1個(gè)導(dǎo)通孔。星形地走線通常用來(lái)隔離電路電流以減小耦合噪聲和地彈噪聲問(wèn)題。單個(gè)地平面設(shè)計(jì)可以收到比較好的效果。注意了這些小器件的layout和單地平面設(shè)計(jì)，地彈噪聲問(wèn)題就不會(huì)出現(xiàn)，器件分離可以減小信號(hào)間的耦合問(wèn)題。l 流入IN引腳和流出OUT引腳必須與充電電流匹配以免在這些路徑出現(xiàn)電壓掉落現(xiàn)象。PGND引腳應(yīng)該連接到