摘要：本文介紹美國(guó)TI公司生產(chǎn)的先進(jìn)鋰電充電管理芯片BQ2057，利用BQ2057系列芯片及簡(jiǎn)單外圍電路可設(shè)計(jì)低成本的單/雙節(jié)鋰電池充電器，非常適用于便攜式電子儀器的緊湊設(shè)計(jì)。本文將在介紹BQ2057芯片的特點(diǎn)、功能的基礎(chǔ)上，給出典型充電電路的設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用該充電芯片設(shè)計(jì)便攜式儀器的體會(huì)。
關(guān)鍵詞：鋰電池 充電器 BQ2057
1 引言
BQ2057系列是美國(guó)TI公司生產(chǎn)的先進(jìn)鋰電充電管理芯片，BQ2057系列芯片適合單節(jié)(4.1V或4.2V)或雙節(jié)(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(shí)根據(jù)不同的應(yīng)用提供了MSOP、TSSOP和SOIC的可選封裝形式，利用該芯片設(shè)計(jì)的充電器外圍電路及其簡(jiǎn)單，非常適合便攜式電子產(chǎn)品的緊湊設(shè)計(jì)需要。BQ2057可以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償鋰電池組的內(nèi)阻以減少充電時(shí)間，帶有可選的電池溫度監(jiān)測(cè)，利用電池組溫度傳感器連續(xù)檢測(cè)電池溫度，當(dāng)電池溫度超出設(shè)定范圍時(shí)BQ2057關(guān)閉對(duì)電池充電。內(nèi)部集成的恒壓恒流器帶有高/低邊電流感測(cè)和可編程充電電流，充電狀態(tài)識(shí)別可由輸出的LED指示燈或與主控器接口實(shí)現(xiàn)，具有自動(dòng)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(hào)選擇
BQ2057系列充電芯片為滿足設(shè)計(jì)需要，提供了多種可選封裝及型號(hào)，其封裝形式如圖2－1所示，有MSOP、TSSOP和SOIC三種封裝形式。其型號(hào)如表2－1所示，有BQ2057、BQ2057C、BQ2057T和BQ2057W四種信號(hào)，分別適合4.1V、4.2V、8.2V和8.4V的充電需要。
| 元件型號(hào) |
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(cè)輸入，用于檢測(cè)電池組的溫度；
- STAT(引腳3):充電狀態(tài)輸出，包括:充電中、充電完成和溫度故障三個(gè)狀態(tài)；
- 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(bǔ)償輸入；
- SNS (引腳7):充電電流感測(cè)輸入；
- BAT (引腳8):鋰電池電壓輸入；
2.2 充電狀態(tài)流程
BQ2057的充電狀態(tài)流程如圖2－3所示，其充電曲線如圖2－2所示，BQ2057的充電分為三個(gè)階段：預(yù)充狀態(tài)、恒流充電和恒壓充電階段。
2.2.1 預(yù)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(dāng)工作電壓過(guò)低時(shí)充電器進(jìn)入睡眠模式，若工作電壓正常，則檢查電池溫度是否在設(shè)定范圍，若不正常則進(jìn)入溫度故障模式，否則檢測(cè)電池電壓VBAT，當(dāng)電池電壓VBAT低于低壓門限V(min)時(shí)，BQ2057以恒流IREG10％的電流IPRE對(duì)電池預(yù)充電，
2.2.2 恒流充電
在完成對(duì)電池預(yù)充或電池電壓VBAT低于恒壓VREG時(shí)，BQ2057進(jìn)入恒流充電狀態(tài)，此時(shí)由外部的感測(cè)電阻RSNS上的壓降監(jiān)控充電電流，該電阻可采取高/低邊的連接方式，在高邊電流檢測(cè)中RSNS接在VCC和SNS引腳間，在低邊電流檢測(cè)中RSNS接在VSS和SNS引腳間，如圖2－4所示，通過(guò)SNS引腳獲得充電電流的反饋，感測(cè)電阻由公式（1）計(jì)算：
其中IREG為預(yù)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(dāng)充電電壓達(dá)到恒壓VREG時(shí)進(jìn)入恒壓充電狀態(tài)。在整個(gè)工作溫度和工作電壓范圍內(nèi)，恒壓精度高于±1%，BQ2057通過(guò)VBAT和VSS引腳監(jiān)測(cè)電池組電壓，當(dāng)充電電流達(dá)到終止門限I(TERM)時(shí)停止充電，當(dāng)電池電壓低于重新充電門限電壓V(RCH)時(shí)自動(dòng)開始重新充電。BQ2057除了能實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的4.1V、4.2V、8.2V和8.4V電壓充電外，還可以通過(guò)分壓實(shí)現(xiàn)對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)電壓充電，其方法是用分壓電阻實(shí)現(xiàn)的電池分壓值作為BAT引腳的輸入，如圖2－4所示。
2.3 電池溫度監(jiān)測(cè)
BQ2057通過(guò)測(cè)量TS與VSS引腳間的電壓實(shí)現(xiàn)對(duì)電池組溫度的連續(xù)監(jiān)測(cè)，常用熱敏電阻作為溫度傳感器，并通過(guò)分壓電阻實(shí)現(xiàn)，如圖3－1所示。分壓電阻的阻值可根據(jù)參數(shù)計(jì)算。BQ2057將該電壓與內(nèi)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(nèi)部門限電壓均以VCC為參考，保證了溫度檢測(cè)電路不受工作電源VCC的波動(dòng)影響。當(dāng)把TS引腳連到VCC或VSS時(shí)，可以禁止BQ2057的充電功能。
2.4 充電狀態(tài)指示
BQ2057通過(guò)三態(tài)引腳STAT報(bào)告當(dāng)前的充電狀態(tài)：充電狀態(tài)高電平、充電完成低電平、溫度故障或睡眠狀態(tài)高阻態(tài)。當(dāng)將STAT引腳與單LED或雙LED反接方式連接時(shí)，可實(shí)現(xiàn)充電狀態(tài)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(guò)識(shí)別STAT口的三種狀態(tài)實(shí)現(xiàn)儀器的智能管理。
3．典型充電器電路設(shè)計(jì)
利用BQ2057設(shè)計(jì)的充電器電路簡(jiǎn)單，可廣泛應(yīng)用于目前的便攜式電子系統(tǒng)的電源管理，對(duì)于便攜式電子產(chǎn)品的緊湊設(shè)計(jì)很有意義。
采用BQ2057設(shè)計(jì)的鋰電池充電電路可實(shí)現(xiàn)對(duì)1節(jié)或兩節(jié)鋰電池的充電，工作電源DC+根據(jù)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(cè)電池組的熱敏電阻NTC通過(guò)分壓電阻后的分壓值，以此判斷溫度是否正常，BQ2057可設(shè)計(jì)由PNP晶體管或P溝道MOSFET管充電，在選擇時(shí)應(yīng)滿足功耗要求，采用PNP晶體管的充電電路參看圖3－1，采用P溝道MOSFET管的充電電路參看圖3－2。
4．結(jié)束語(yǔ)
在我們所設(shè)計(jì)的便攜式電子儀器中，選擇了BQ2057W芯片設(shè)計(jì)儀器的7.2V鋰離子電池組充電電路，該充電電路非常簡(jiǎn)單，整個(gè)充電過(guò)程及狀態(tài)顯示均由BQ2057單獨(dú)實(shí)現(xiàn)，整個(gè)電源管理模塊簡(jiǎn)單可靠，該充電器電路對(duì)于涉及到鋰電池充電要求的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)很有價(jià)值。
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