充电管理IC详细中文说明.docx

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1、充电管理IC详细中文说明引脚说明. 1 PWM控制器. 1 温度限制. 2 电池预充电. 3 电池充电电流 . 3 电池电压稳压 . 3 充电终止与重新充电 . 4 睡眠模式. 4 充电状态输出 . 5 PG输出 . 5 CE输入 . 5 定时器错误恢复 . 5 输出过压保护 . 6 预充电和快速放电控制 . 6 充电终止和安全定时器 . 6 电感，电容，和感应电阻选型指南 . 6 电池检测. 6 电池检测示例 . 8 BqSWITCHER 系统设计举例 . 10 应用信息. 13 使用bq24105向Li FePO4电池充电 . 14 温度考虑. 15 PCB LAYOUT考虑 . 15 0

2、 引脚说明 u u u u u u u u 该IC的输入电压为POWER_9V，经两个电容去耦接入IC电源输入端。 电池电压感应通过BAT引脚输入。通过CE引脚可以控制IC工作模式。 CE为低电平是，IC处于充电模式；CE为高电平时，IC处于延迟充电或睡眠模式。 CELLS接高电平表示外接双节电池。 FB为输出电压模拟反馈调节的输入端。 ISET1通过电阻接地可以调节快速充电的电流大小。 ISET2通过电阻接地可以调节预充电和终止充电的电流大小。 OUT1和OUT2为充电电流输出端，通过电感与电池连接。PG端为低电平时表示电源正常。 u PGND为电源地输入端。 u SNS为充电电流感应输入端

3、。 u STAT1和STAT2组合表示电池的不同状态。具体状态见表1。 表 1 u u u u u TS为温度感应输入端，通过内部阈值决定充电是否被允许来控制自身电压。通过NTC热敏电阻和VTBS的分压来确定TS端的电压。 TTC为定时器和充电终止控制端，当TTC为低电平时，充电终止。 VCC为模拟器件输入。 VSS为模拟地输入。 VTSB为TS的内部偏置校准电压。 PWM控制器 Bq241xx提供一个有前向反馈功能来调节充电电流或电压的集成的1MHz频率的电压模式控制器。这种类型的控制器用来改善瞬态线性响应，因此简化了同时用于持续和非持续电流传输的补偿网络电路。该电压和电流回路有内部补偿以T

4、YPE-III补偿方案为了稳定的操作提供足够的升压相位，允许使用具有非常小的ESR的小陶瓷电容。在 PWM边沿底部有0.5V的偏压，允许该器件在10%到90%的工作周期工作。 内部PWM栅极驱动可以直接控制内部的PMOS和NMOS电源MOSFET。高边栅极电压在VCC-VCC-6v变化，通过给栅极增加一个标准5V电压之外的额外电压来降低转换的传输损失。低边栅极电压从6V开始摆动变化，来打开NMOS管，下拉到PGND来关掉NMOS管。Bq241xx在高边有两个背靠背的共漏极P-MOSFET。其中一个输入P-MOSFET用来阻止在IN电压低于BAT电压时电池放电。另一个P-MOSFET作为控制FE

5、T的开关，免去引导程序电容的使用。 每个周期的电流限制通过高边感应FET来感应。阈值设置为3.6A的漏电流。低边FET同样1 有一个电流限制来决定在电流反转之前PWM控制器是否打开，从而阻止电池放电。当低边FET电流比最小能量损失大100nA以上时将会使用同步工作。 温度限制 BqSWITCHER 通过测量TS 和VSS的电压来持续管理电池温度。一个负温度系数热敏电阻和一个外部电压分压器来生成这个电压。bq2410x 将这个电压与内部阈值电压比较来决定是否充电。要开始一个充电周期，电池温度必须在V(LTF)-V(HTF)(默认低温与默认高温)阈值之间。如果电池温度超出这个范围，bq2410x

6、将会暂停充电直到电池温度处于正常范围。在充电周期内电池温度必须处于V(LTF)-V(TCO)阈值之间。如果电池温度超出这个范围，bq2410x 将会暂停充电直到电池温度回到该范围。bq2410x 通过关断PWM和 保持定时器的值实现暂停充电。注意外部电阻分压的电压来自VTSB输出。一个介于V(LTF)-V(HTF)的持续电压可以失能TS引脚的温度感应特性。 2 电池预充电 在电源上电后，如果电池电压低于阈值VLOWV,bq2410x 请求预充电电流IPRECHG给电池充电。该电流唤醒深度放电的电池。在条件化阶段，bq2410x 激活安全定时器tprechg 。如果在定时周期内没有阈值VLOWV

7、到来，bq2410x 会关闭充电器并通过STAX引脚提示错误。在错误条件下，bq2410x 将电流减小到IDETECT。IDETECT用来检测电池放置情况。通过POP或电池放置可以清除错误条件。 预充电的电流大小由可编程电阻R(ISET2)的阻值决定,该电阻连接到ISET2引脚。 电池充电电流 电池充电电流IO(CHARGE)由外部感应电阻R(SNS)和与ISET1引脚相连的电阻R(ISET1)确定。 为了设定该电流，首先选择将限制电压通过电阻R(SNS)。当VIREG介于100mV-200mV时精度将达到最佳。 如果结果不是一个标准的感应电阻值，选择较大的临近值。使用选定的标准值来确定VIR

8、EG。感应电阻确定后，就可以通过以下等式计算出ISET1电阻。 电池电压稳压 电压校准反馈回路由BAT引脚产生。这个输入与电池正极直接相连。bq2410x 用BAT和VSS引脚管理电池。bq2410x 提供单电池适用版本和可通过CELLS引脚选择单电池、双电池的版本。CELLS引脚为低电平或悬空选择单电池模式，通过一个电阻将CELLS引脚电平拉高选择双电池模式。 Bq 241005和bq24115的输出电压定义为： 3 R1和R2分别为BAT到FB与FB到VSS的分压电阻。 Bq 241005和bq24115再充电的阈值电压定义为： 充电终止与重新充电 bq2410x 在电压稳定期间管理充电电

9、流。一旦充电终止阈值ITERM被检测到，bq2410x 就终止充电。该终止电流大小通过与ISET2引脚相连的可编程电阻确定。 作为一个安全阻塞，bq2410x 还提供了一个可编程的充电定时器。充电时间可以通过TTC和GND之间的电容编程，计算方程如下： 为了失能充电终止和安全时钟，使用者可以将TTC输入低于阈值VTTC_EN。运行于这个阈值以上时使能充电终止和安全定时器起作用同时复位定时器。固定TTC为高只失能安全定时器。 睡眠模式 如果VCC引脚与电路断开bq2410x 将进入低功耗睡眠模式。这个特性防止VCC断开时电池漏电。 4 充电状态输出 开漏输出端STAT1和STAT2输出的不同状态

10、指示充电的不同操作。这些状态可以用来驱动LED或者与主机进行通信。注意OFF指示开漏晶体管关断。 PG输出 开漏输出PG表示AC-DC适配器在位。在睡眠模式退出阈值VSLP-EXIT被检测到时该输出将会打开。在睡眠模式该输出被关闭。PG引脚可以用来驱动LED或者与主机进行通信。 CE输入 CE数字信号输入用来使能或使能充电进程。低电平信号有效。这个引脚上一个高电平到低电平的转换也能复位所有定时器和错误条件。注意CE引脚不能上拉到VTSB电压，这样可能引起不能正常上电的问题。 定时器错误恢复 如图10所示，bq2410x 提供了一个处理定时器错误情形的恢复方法。下面概述这种方法。 情形1 VI(

11、BAT)高于充电阈值并且定时器溢出错误发生。 情形2 充电电压低于充电阈值并且定时器溢出错误发生。 5 输出过压保护 bq2410x 提供内建电压保护来保护器件和其他部件因电池获得的电压过高或电池突然移走而损坏。当过压条件被检测到，该数据会关断PWM和STATX引脚。这个错误会被清除一旦VI(BAT) 掉落到重新充电阈值。 预充电和快速放电控制 CMODE 引脚的低电压信号通过ISET2控制bq2410x 进入预充电模式。高电平信号通过ISET2使bq2410x 进入快速充电模式。如果电池达到稳定电压VOREG, bq2410x 不受CMODE引脚的控制直接进入稳压状态。 充电终止和安全定时器

12、 在bq2410x 控制版本中充电定时器和终止会失能。主机系统可以通过CE引脚输入控制使能或失能。当检测到过压，充电进程将会终止，所有的电源FET会关闭。 电感，电容，和感应电阻选型指南 bq2410x 提供内部补偿回路。在这样的设计下，最佳稳定性发生在LC的共振频率，fO大约为16kHz。可以通过等式9计算输出电感和电容。表格3给出了各种充电速率的典型元件值。 电池检测 bq2410x 为可拆卸电池的应用设计了电池在位检测，能可靠得检测出电池的接入和拆卸。 6 BAT引脚电压大于重新充电电压阈值VOREG-VRCH时，电池快速充电。当BAT电压降落在预充电阈值内，或电池接入负载，或电池被拆卸

13、，bq2410x 开始进行电池在位检测。这个检测包括使能检测电流IDISCHARGE,在一个周期t DISCHARGE检测电池电压是否低于短路阈值电压VSHORT。在这之后，唤醒电流IWAKE对电池充电tWAKE时间，再次检测电池电压来确定它大于重新充电阈值。该电流的目的是bq2410x 有电池连接时用来尝试打开电池保护。 同时通过放电和充电检测表明STAT引脚不存在错误。任意一个检测到失败开始一个新的充电周期。电池在位时，BAT引脚的典型电压在0V-VOVP上下浮动才能被识别。 7 电池检测示例 在放电和唤醒测试期间为了检测无电池条件，最大输出电容不应该超出下面的值： 基于这些计算，推荐的最

14、大输出电容是用来确保电池检测设计为100F的正确操作，这样进程和温度变化范围将会被允许。 图13演示了电池接入时的电池检测原理。通道3为输出信号，通道4为输出电流。输出信号在VOREG和GND跳变直到电池接入。一旦检测到电池，输出电流从0A上升到1.3A，这就是可编程电容在这方面的应用。 8 图14演示了当电池被拆卸时电池检测的原理。通道3为输出信号，通道4为输出电流。当电池被移走时，由于电感存储的能量释放输出电流上升，电压大于阈值VOREG-VRCH。在这个时候，输出电流变为0A，IC终止充电进程同时打开IDISCHG2电流t DISCHG2时间。这将使输出电压降低到重新充电阈值VOREG-

15、VRCHG以下,进而触发一个电池在位条件开始电池检测机制。 BQ241XX系列提供了电流感应放大功能，能将充电电流转换为DC电压。图15就是该功能的结构框图。 9 ISET2引脚上的电压可以用来计算充电电流。计算式如下： 这个功能可以用来在电流稳定期间和电压稳定期间管理充电电流。该原理的应用电路见图18. BqSWITCHER 系统设计举例 接下来的部分将提供一个详细的bq 24100设计实例。 10 系统设计技术说明： 11 12 RTH(热敏电阻阻值) 应用信息 同时对电池充电和对系统供电电不影响电池充电和终止。 13 BqSWITCHER设计为单电池充电但是可以很适合驱动一个系统负载，而

16、且需要考虑的次要问题很少。 优点： 1、 充电控制只是基于通过电流感应电阻的电流，而且不受系统负载的影响。 2、 输入电压在输入端已经有效的转化为可用的系统电压。 3、 外部多余的FET不需要从电池获取能源。 4、 TTC引脚接地可以使能充电终止保持转换进行使电池充满电，或者让开关终止当电池充满然后通过感应电阻关闭电池。 其他问题： 1、 如果系统电流过大，IR下降到电池阻抗使电池电压降落到清空电压开始一个新的充电周期。因为低充电电流，充电器停止充电。因此充电器将会在充电和充电终止循环。如果负载较小，电池放电应该降低清空阈值产生更慢的周期。注意TTC引脚要接地，保持转换的连续。 2、 如果TT

17、C已经接地，电池电压保持在4.2V 3、 当通过感应电阻向系统放电能有效降低2-3%的热。 使用bq24105向Li FePO4电池充电 Li FePO4有很多特性，例如高散热温度，放电能力，充电。因为这些特性使它在诸如电源工具的应用很有竞争力。推荐充电电压为3.6V，终止电流为50mA。图19举例了使用bq24105向Li FePO4电池充电的电路。充电电压为3.6V,重新充电电压为3.516V。快速充电电流为1.33A，终止充电电流为50mA。这个电路可以很容易改变为两个电池充电或三个电池充电。但是稳压设置点与重新充电阈值只有84mV的区别，这样当小负载电流应用时，可以频繁地进入重新充电模

18、式。这样可以降低重新充电电流到200mV使电池在进入重新充电模式之前释放更多的电量。重新充电阈值必须根据实际情况来选择。 14 温度考虑 bq2410x 采用热增强型MLP封装。封装包括一个热焊盘保证了IC与PCB有效的热接触。 测量封装散热性能的最常见的方法是从bq2410x 节点到封装表面周围测量热阻抗。，计算公式如下： 影响JA测量和计算的因素： 器件是否有安装在板上。 走线，材料，厚度，结构 器件方位 是否有其他表贴器件靠近被测器件 器件消耗功率为转换率和内部功率FET的掉落电压。可通过下面的等式计算： PCB LAYOUT考虑 PCB LAYOUT 需要格外注意。要遵循以下几点指南：

19、 l 为了达到最理想的性能，连接输入到PGND的电容要尽量靠近bq2410x 放置。电感应该直接放置在IC和输出电容之间。这样做的目的是尽量减小从输出引脚到LC滤波再返回到GND引脚的回路面积。感应电阻临近电感和输出电容。连接感应电阻和IC的走线应该尽量短或者在各自临近层的上方。如果使用了长电池导线要在感应电阻接一个电容。 l 将所有的小信号器件分别放置在相邻的IC引脚。所有的小控制信号要远离大电流走线。 l PCB应该有一个地平面用来直接连接所有通过导通孔的器件的回路。连接到PWB正面的地散热平面。这个平面尽可能与VSS和PGND相同。 波形：所有的波形均来自Lout (IC Out pin

20、 )。VIN=7.6V，电池电压为2.6V，3.5V和4.2V15 分别采集一个波形。当转换顶开关打开时，波形在-7.5V，当开关关闭时，波形接近地电平。注意脉冲边沿的冲击很小。这是因为采用了紧密型的layout (回路面积最小)，一个保护电感，使用了低感应范围的地导线。 预充电：在预充电时电流小，低边同步FET在自身最小导通时间关闭解释了步进精度在0V至-0.5V之间。当低边FET和高边FET同时关断时，通过低边FET体二极管的电流使一个二极管电压掉落到很接近地。内部反向尖峰视为低边FET打开的延迟，用来防止高边FET关断时产生冲击电流。 快速充电：该波形是在恒电流期间抓取的。两个反向尖峰是由于高边和低边FET间进行16 切换时的延迟产生的。先断后通机制防止过冲电流产生，并且在击穿时可以使体二极管电压掉落到趋近地电平。 稳压和接近终止期间的充电：注意这个波形与预充电的波形相似。不同之处是电池电压更高所以占空比大一些。低边FET导通的时间更长因为电流负载比预充电大；需要更长的时间使电感电流掉落到使同步FET失能的阈值电流。 17