3.1 器件封装及型号选择
BQ2057系列充电芯片为满足设计须要,供应了多种可选封装及型号,其封装情势如图2-1所示,有MSOP、TSSOP和SOIC三种封装情势。其型号有BQ2057、BQ2057C、BQ2057T和BQ2057W四种,分辨适宜4.1V、4.2V、8.2V和8.4V的充电须要。
元件型号充电电压 BQ2057 4.1V BQ2057C 4.2V BQ2057T 8.2V BQ2057W 8.4V
BQ2057的引脚功能描述如下: VCC (引脚1):工作电源输入; TS (引脚2):温度感测输入,用于检测电池组的温度; STAT(引脚3):充电状况输出,包含:充电中、充电完成和温度故障三个状况; VSS (引脚4):工作电源地输入; CC (引脚5):充电节制输出; COMP(引脚6):充电速率补偿输入; SNS (引脚7):充电电流感测输入; BAT (引脚8):锂电池电压输入;
3.2 充电状况流程
BQ2057的充电状况流程如图2-3所示,其充电曲线如图2-2所示,BQ2057的充电分为三个阶段:预充状况、恒流充电和恒压充电阶段。
.2.1预充状况。
预充阶段在安装好电池并加上电源后,BQ2057首先检查工作电压VCC,当工作电压过低时充电器进入睡眠模式,若工作电压正常,则检查电池温度是否在设定领域,若不正常则进入温度故障模式,否则检测电池电压VBAT,当电池电压VBAT低于低压门限V(min)时,BQ2057以恒流IREG10%的电流IPRE对电池预充电,
3.2.2 恒流充电。
在完成对电池预充或电池电压VBAT低于恒压VREG时,BQ2057进入恒流充电状况,此时由外部的感测电阻RSNS上的压降监控充电电流,该电阻可采用高/低边的连接法子,在高边电流检测中RSNS接在VCC和SNS引脚间,在低边电流检测中RSNS接在VSS和SNS引脚间,如图2-4所示,通过SNS引脚获得充电电流的反馈,感测电阻由公式(1)打算:
其中IREG为预期的充电电流,VSNS可在BQ2057的电特性表中查得。
3.2.3 恒压充电。
当充电电压达到恒压VREG时进入恒压充电状况。在全体工作温度和工作电压领域内,恒压精度高于±1%,BQ2057通过VBAT和VSS引脚监测电池组电压,当充电电流达到终止门限I(TERM)时结束充电,当电池电压低于重新充电门限电压V(RCH)时主动开端重新充电。BQ2057除了能实现标准的4.1V、4.2V、8.2V和8.4V电压充电外,还可以通过火压实现对非标准电压充电,其法子是用分压电阻实现的电池分压值作为BAT引脚的输入,如图2-4所示。
3.3 电池温度监测
BQ2057通过测量TS与VSS引脚间的电压实现对电池组温度的连续监测,常用热敏电阻作为温度传感器,并通过火压电阻实现,如图3-1所示。分压电阻的阻值可依据参数打算。BQ2057将该电压与内部的V(TS1)和V(TS2)门限电压比较以决议是否允许充电。由于外部分压及内部门限电压均以VCC为参考,保证了温度检测电路不受工作电源VCC的波动影响。当把TS引脚连到VCC或VSS时,可以制止BQ2057的充电功能。
3.4 充电状况教唆
BQ2057通过三态引脚STAT报告当前的充电状况:充电状况高电平、充电完成低电平、温度故障或睡眠状况高阻态。当将STAT引脚与单LED或双LED反接法子连接时,可实现充电状况的LED教唆,也可以将STAT口与仪器微节制器接口,微节制器通过识别STAT口的三种状况实现仪器的智能管理。
3.5范例充电器电路设计
利用BQ2057设计的充电器电路简略,可普遍利用于目前的便携式电子体系的电源管理,对于便携式电子产品的紧凑设计很有意义。采用BQ2057设计的锂电池充电电路可实现对1节或两节锂电池的充电,工作电源DC+依据充电锂电池组的电压选择,推荐工作电压4.5V~18V,电池组的正端电压PACK+接BAT引脚,TS引脚检测电池组的热敏电阻NTC通过火压电阻后的分压值,以此断定温度是否正常,BQ2057可设计由PNP晶体管或P沟道MOSFET管充电,在选择时应满足功耗请求,采用PNP晶体管的充电电路参看图3-1,采用P沟道MOSFET管的充电电路参看图3-2。
第四章 结 论
通过这几个月对锂电池以及BQ2057芯片的研究设计,基本实现了先进管理电路的基本功能。在我们所设计的便携式电子仪器中,选择了BQ2057W芯片设计仪器的7.2V锂离子电池组充电电路,该充电电路非常简单,整个充电过程及状态显示均由BQ2057单独实现,整个电源管理模块简单可靠。如果要进一步提高它的保护性能,也可以利用专用保护集成块来实现充放电保护功能。
参考文献
[1]魏维伟、李杰、《先进的锂电池线性充电管理芯片BQ2057及其应用》、北京理工大学机电工程学院
[2] 吴宇平、戴晓兵、马军旗、程预江、《锂离子电池——应用与实践》、2004年4月、化学工业出版社
[3] 吴宇平、《聚合物锂离子电池》、2007年1月、化学工业出版社
[4]王鸿麟、《智能快速充电器设计与制作》、1998年、北京: 科学出版社
[5] bq2057/C/W/T Advanced Li-Ion Linear Charge Management IC、2000、
Texas Instruments Incorporated
[6] 普析、 蒋 勇、2004年12月、21IC中国电子网、
[7] 高荣山 、周东辉、2004年12月、国外电子元器件
[8] 包莉娜、周翔、王匡、《移动通信终端电源管理设计原理》、浙江大学通信与网络教研室
[9] 李景红、《先进电池材料》、2004年6月、化学工业出版社
[10] 郑洪河、《锂离子电池电解质》、2007年1月、化学工业出版社
[11] 陈军、陶占良、《镍镉二次电池》、2006年4月、化学工业出版社