充電管理芯片BQ2057及其應(yīng)用

充電管理芯片BQ2057及其應(yīng)用

摘要：本文介紹美國TI公司生產(chǎn)的先進鋰電池充電管理芯片BQ2057，利用BQ2057系列芯片及簡單外圍電路可設(shè)計低成本的單/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。本文將在介紹BQ2057芯片的特點、功能的基礎(chǔ)上，給出典型充電電路的設(shè)計方法及應(yīng)用該充電芯片設(shè)計便攜式儀器的體會。
關(guān)鍵詞：鋰電池 充電器 BQ2057

1 引言

BQ2057系列是美國TI公司生產(chǎn)的先進鋰電池充電管理芯片，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)計的充電器外圍電路及其簡單，非常適合便攜式電子產(chǎn)品的緊湊設(shè)計需要。BQ2057可以動態(tài)補償鋰電池組的內(nèi)阻以減少充電時間，帶有可選的電池溫度監(jiān)測，利用電池組溫度傳感器連續(xù)檢測電池溫度，當(dāng)電池溫度超出設(shè)定范圍時BQ2057關(guān)閉對電池充電。內(nèi)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(tài)識別可由輸出的LED指示燈或與主控器接口實現(xiàn)，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系列充電芯片為滿足設(shè)計需要，提供了多種可選封裝及型號，其封裝形式如圖2－1所示，有MSOP、TSSOP和SOIC三種封裝形式。其型號如表2－1所示，有BQ2057、BQ2057C、BQ2057T和BQ2057W四種信號，分別適合4.1V、4.2V、8.2V和8.4V的充電需要。

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(tài)輸出，包括:充電中、充電完成和溫度故障三個狀態(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(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)工作電壓過低時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(shè)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(dāng)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(yù)充電，

2.2.2 恒流充電

在完成對電池預(yù)充或電池電壓VBAT低于恒壓VREG時，BQ2057進入恒流充電狀態(tài)，此時由外部的感測電阻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，在高邊電流檢測中RSNS接在VCC和SNS引腳間，在低邊電流檢測中RSNS接在VSS和SNS引腳間，如圖2－4所示，通過SNS引腳獲得充電電流的反饋，感測電阻由公式（1）計算：

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)充電電壓達到恒壓VREG時進入恒壓充電狀態(tài)。在整個工作溫度和工作電壓范圍內(nèi)，恒壓精度高于±1%，BQ2057通過VBAT和VSS引腳監(jiān)測電池組電壓，當(dāng)充電電流達到終止門限I(TERM)時停止充電，當(dāng)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(xiàn)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(xiàn)對非標準電壓充電，其方法是用分壓電阻實現(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

BQ2057通過測量TS與VSS引腳間的電壓實現(xiàn)對電池組溫度的連續(xù)監(jiān)測，常用熱敏電阻作為溫度傳感器，并通過分壓電阻實現(xiàn)，如圖3－1所示。分壓電阻的阻值可根據(jù)參數(shù)計算。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，保證了溫度檢測電路不受工作電源VCC的波動影響。當(dāng)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(tài)指示

BQ2057通過三態(tài)引腳STAT報告當(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，可實現(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，微控制器通過識別STAT口的三種狀態(tài)實現(xiàn)儀器的智能管理。

3．典型充電器電路設(shè)計

利用BQ2057設(shè)計的充電器電路簡單，可廣泛應(yīng)用于目前的便攜式電子系統(tǒng)的電源管理，對于便攜式電子產(chǎn)品的緊湊設(shè)計很有意義。

采用BQ2057設(shè)計的鋰電池充電電路可實現(xiàn)對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(shè)計由PNP晶體管或P溝道MOSFET管充電，在選擇時應(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

在我們所設(shè)計的便攜式電子儀器中，選擇了BQ2057W芯片設(shè)計儀器的7.2V鋰離子電池組充電電路，該充電電路非常簡單，整個充電過程及狀態(tài)顯示均由BQ2057單獨實現(xiàn)，整個電源管理模塊簡單可靠，該充電器電路對于涉及到鋰電池充電要求的電子系統(tǒng)設(shè)計很有價值。