BQ25171-Q1：汽車級(jí)獨(dú)立線性電池充電器的卓越之選

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)工作中，選擇一款合適的電池充電器至關(guān)重要。今天，我們就來深入了解一下德州儀器（TI）推出的BQ25171-Q1，這是一款專為汽車應(yīng)用設(shè)計(jì)的獨(dú)立800-mA線性電池充電器，適用于1 - 2節(jié)鋰離子（Li-Ion）、磷酸鐵鋰（LiFePO?）以及1 - 6節(jié)鎳氫（NiMH）電池。

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1. 關(guān)鍵特性亮點(diǎn)

1.1 汽車級(jí)認(rèn)證與高可靠性

BQ25171-Q1通過了AEC-Q100汽車應(yīng)用認(rèn)證，溫度等級(jí)為1（-40°C ≤ TA ≤ 125°C），具備HBM ESD 2級(jí)和CDM ESD C4B級(jí)防護(hù)能力，能夠在嚴(yán)苛的汽車環(huán)境中穩(wěn)定工作。同時(shí)，它還能耐受40V的負(fù)載突降，可直接從主電池為備用電池充電，工作電壓范圍為3V - 18V。

1.2 低功耗設(shè)計(jì)

該充電器具有自動(dòng)睡眠模式，電池泄漏電流僅為350nA，充電禁用時(shí)輸入泄漏電流為2μA，有效降低了功耗，延長了電池使用壽命。

1.3 多化學(xué)體系電池支持

支持多種化學(xué)體系的電池，包括1 - 2節(jié)鋰離子、鋰聚合物和磷酸鐵鋰電池，以及1 - 6節(jié)鎳氫電池，并且支持鎳氫電池的間歇性充電。

1.4 高精度充電

具備±0.5%的充電電壓精度和±10%的充電電流精度，能夠精確地為電池充電，保護(hù)電池性能。

1.5 豐富的充電特性

• 預(yù)充電電流為設(shè)定充電電流（ISET）的20%，終止電流為ISET的10%。
• 內(nèi)置NTC熱敏電阻輸入，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池溫度，確保充電安全。
• 提供CE引腳用于充電功能控制，方便工程師進(jìn)行靈活配置。

1.6 完善的故障保護(hù)

集成了多種故障保護(hù)功能，如18V輸入過壓保護(hù)、基于VSET的輸出過壓保護(hù)、1000mA過流保護(hù)、125°C熱調(diào)節(jié)和150°C熱關(guān)斷保護(hù)，以及輸出短路保護(hù)和VSET、ISET、CHM_TMR引腳的短路/開路保護(hù)，為電池和充電器提供全方位的保護(hù)。

2. 典型應(yīng)用場(chǎng)景

BQ25171-Q1在多個(gè)汽車相關(guān)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用：

• 遠(yuǎn)程信息處理控制單元（TCU）：為TCU中的電池提供穩(wěn)定的充電，確保其正常工作，實(shí)現(xiàn)車輛與外界的信息交互。
• 緊急呼叫（eCall）：在緊急情況下，保證電池電量充足，確保eCall系統(tǒng)能夠及時(shí)響應(yīng)。
• 車隊(duì)管理與資產(chǎn)跟蹤：為相關(guān)設(shè)備的電池充電，保障設(shè)備持續(xù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛和資產(chǎn)的有效管理和跟蹤。
• 遠(yuǎn)程無鑰匙進(jìn)入（RKE）鑰匙扣：為鑰匙扣中的電池充電，提供便捷的開鎖和關(guān)鎖功能。

3. 詳細(xì)工作原理與充電模式

3.1 充電階段

• 鋰離子電池充電：BQ25171-Q1為鋰離子電池充電分為三個(gè)階段。首先是預(yù)充電階段，用于恢復(fù)完全放電的電池；接著是快速充電恒流階段，提供大部分的電量；最后是電壓調(diào)節(jié)階段，使電池達(dá)到滿容量。
• 鎳氫電池充電：對(duì)于鎳氫電池，充電器以恒流模式充電，當(dāng)可編程定時(shí)器到期或電池電壓超過VOUT_OVP閾值時(shí)，充電周期終止。此外，還可以編程設(shè)置間歇性充電階段，當(dāng)電池電壓低于VRECHG時(shí)，自動(dòng)對(duì)充滿的鎳氫電池進(jìn)行充電。

3.2 充電過程控制

在充電過程中，充電器會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)IC結(jié)溫。當(dāng)結(jié)溫超過熱調(diào)節(jié)閾值（TREG）時(shí)，會(huì)自動(dòng)降低充電電流，以防止過熱。同時(shí)，充電器還會(huì)根據(jù)電池電壓和電流情況，自動(dòng)調(diào)整充電狀態(tài)，確保充電過程的安全和高效。

4. 引腳配置與功能

BQ25171-Q1采用VSON 10引腳封裝，各引腳功能如下：

• IN（引腳1）：輸入電源引腳，需連接外部直流電源，并在靠近IC處使用至少1μF的電容旁路到GND。
• ISET（引腳2）：用于編程快速充電電流設(shè)置，通過連接到GND的外部電阻來定義充電電流值，推薦范圍為30kΩ（10mA）至375Ω（800mA）。
• CE（引腳3）：充電使能引腳，低電平有效。當(dāng)CE引腳為低電平時(shí)，電池充電功能開啟；當(dāng)CE引腳為高電平時(shí)，IC進(jìn)入關(guān)機(jī)模式，電池充電功能禁用。
• TS（引腳4）：溫度限定電壓輸入引腳，連接負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻，用于監(jiān)測(cè)電池溫度。當(dāng)TS引腳電壓超出范圍時(shí)，充電暫停。
• GND（引腳5）：接地引腳。
• CHM_TMR（引腳6）：用于編程電池化學(xué)體系和充電時(shí)間，通過下拉電阻設(shè)置。有效電阻范圍為3.6kΩ至100kΩ，超出此范圍將暫停充電。
• STAT1（引腳7）和STAT2（引腳8）：開漏輸出引腳，用于指示充電狀態(tài)和故障信息，需通過10kΩ電阻連接到上拉電源。
• VSET（引腳9）：用于編程OUT引腳的調(diào)節(jié)電壓，通過下拉電阻設(shè)置。有效電阻范圍為3.6kΩ至100kΩ，超出此范圍將暫停充電。
• OUT（引腳10）：電池連接引腳，系統(tǒng)負(fù)載可與電池并聯(lián)連接，需在靠近IC處使用至少1μF的電容旁路到GND。
• Thermal Pad：IC下方的散熱焊盤，需通過過孔連接到接地平面，以實(shí)現(xiàn)良好的散熱。

5. 應(yīng)用設(shè)計(jì)示例

5.1 1s LiFePO?充電器設(shè)計(jì)

• 設(shè)計(jì)要求：電源電壓為5V，電池為單節(jié)LiFePO?，快速充電電流為500mA，充電電壓為3.6V，充電安全定時(shí)器為5小時(shí)，終止電流為50mA，預(yù)充電電流為100mA，TS引腳連接10kΩ NTC熱敏電阻，CE引腳為開漏控制引腳。
• 詳細(xì)設(shè)計(jì)：通過VSET引腳將調(diào)節(jié)電壓設(shè)置為3.6V，通過ISET引腳將充電電流編程為500mA，通過CHM_TMR引腳將充電化學(xué)體系和安全定時(shí)器分別設(shè)置為LiFePO?和5小時(shí)。

5.2 2s Li-Ion充電器設(shè)計(jì)

• 設(shè)計(jì)要求：輸入電源最高為18V，電池為2節(jié)鋰離子電池，快速充電電流為100mA，充電電壓為8.2V，充電安全定時(shí)器為5小時(shí)，終止電流為10mA，預(yù)充電電流為20mA，TS引腳連接10kΩ NTC熱敏電阻，充電允許的電池溫度范圍為0°C至45°C，CE引腳為控制引腳，拉高可禁用充電器。

5.3 4s NiMH充電器設(shè)計(jì)

• 設(shè)計(jì)要求：輸入電源最高為18V，電池為4節(jié)鎳氫電池，快速充電電流為30mA，間歇性充電的再充電電壓為5.32V，充電安全定時(shí)器為16小時(shí)，TS引腳連接10kΩ NTC熱敏電阻，通過添加Rs = 1.9kΩ和Rp = 400kΩ的電阻將電池充電溫度窗口修改為0°C至60°C，CE引腳為控制引腳，拉高可禁用充電器。

6. 布局與電源建議

6.1 布局指南

為了獲得最佳性能，輸入去耦電容和輸出濾波電容應(yīng)盡可能靠近設(shè)備放置，并且連接IN、OUT和GND的走線應(yīng)盡量短。所有低電流接地連接應(yīng)與電池的高電流充電或放電路徑分開，采用單點(diǎn)接地技術(shù)，將小信號(hào)接地路徑和電源接地路徑結(jié)合起來。同時(shí)，進(jìn)入IN引腳和從OUT引腳引出的高電流充電路徑應(yīng)根據(jù)最大充電電流進(jìn)行適當(dāng)?shù)某叽缭O(shè)計(jì)，以避免走線中的電壓降。

6.2 電源建議

BQ25171-Q1設(shè)計(jì)用于在3.0V至18V（最高耐受40V）的輸入電壓范圍內(nèi)工作，并且電流能力至少應(yīng)達(dá)到最大設(shè)計(jì)充電電流。如果電源距離IN和GND引腳超過幾英寸，建議使用更大的電容。

7. 總結(jié)

BQ25171-Q1作為一款汽車級(jí)獨(dú)立線性電池充電器，憑借其豐富的特性、高精度的充電控制和完善的故障保護(hù)功能，為汽車電子設(shè)備的電池充電提供了可靠的解決方案。無論是在性能、可靠性還是靈活性方面，都表現(xiàn)出色。電子工程師在設(shè)計(jì)汽車相關(guān)的電池充電系統(tǒng)時(shí)，BQ25171-Q1無疑是一個(gè)值得考慮的選擇。你在使用類似充電器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。