BQ25188:小體積、低功耗的單節(jié)電池充電解決方案
在當(dāng)今的電子設(shè)備中,電池充電管理芯片的性能和特性對(duì)于設(shè)備的續(xù)航能力、安全性和穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。TI的BQ25188就是這樣一款值得關(guān)注的芯片,它專為小型設(shè)備設(shè)計(jì),具備小尺寸、低靜態(tài)電流等優(yōu)點(diǎn),能夠有效延長(zhǎng)電池壽命。下面,我們就來詳細(xì)了解一下BQ25188的特點(diǎn)、應(yīng)用以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
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一、BQ25188的主要特性
1. 充電能力與電壓范圍
BQ25188是一款1A線性電池充電器,輸入電壓工作范圍為3.0V至18V,這使得它能夠適應(yīng)多種充電場(chǎng)景,包括電池對(duì)電池充電、USB適配器充電以及高阻抗電源充電。其電池調(diào)節(jié)電壓可在3.6V至4.65V之間以10mV的步長(zhǎng)進(jìn)行配置,精度高達(dá)0.5%,并且支持Li - ion、Li - Poly和LiFePO4等多種電池化學(xué)體系。
2. 充電電流與負(fù)載支持
該芯片的快速充電電流可在5mA至1A之間進(jìn)行配置,電池FET導(dǎo)通電阻僅為55mΩ,能夠有效降低功耗。同時(shí),它還支持高達(dá)3A的放電電流,可滿足高系統(tǒng)負(fù)載的需求。
3. 溫度管理與保護(hù)功能
BQ25188具備可配置的NTC充電曲線閾值,包括JEITA支持,能夠根據(jù)電池溫度智能調(diào)整充電參數(shù)。此外,它還集成了多種故障保護(hù)功能,如輸入過壓保護(hù)(VIN_OVP)、電池短路保護(hù)(BATSC)、電池過流保護(hù)(BATOCP)、輸入電流限制保護(hù)(ILIM)、熱調(diào)節(jié)(TREG)和熱關(guān)斷(TSHUT)、電池?zé)峁收媳Wo(hù)(TS)以及看門狗和安全定時(shí)器故障保護(hù)等,確保充電過程的安全可靠。
4. 低靜態(tài)電流與喚醒功能
芯片具有超低靜態(tài)電流,關(guān)機(jī)模式下僅為15nA,運(yùn)輸模式下為3.2μA(可通過按鈕按壓?jiǎn)拘眩?,僅電池模式下為4μA,睡眠模式下輸入適配器靜態(tài)電流為30μA。此外,它還配備了一鍵喚醒和復(fù)位輸入功能,方便用戶操作。
5. 電源路徑管理與電壓調(diào)節(jié)
BQ25188支持電源路徑管理,可在為系統(tǒng)供電的同時(shí)為電池充電。其調(diào)節(jié)后的系統(tǒng)電壓(SYS)范圍為4.4V至5.5V,還具備電池跟蹤輸入電壓動(dòng)態(tài)功率管理(VINDPM)功能,適用于高阻抗輸入源。
二、應(yīng)用領(lǐng)域
BQ25188的特性使其非常適合多種應(yīng)用場(chǎng)景,包括但不限于:
- TWS耳機(jī)及充電盒:滿足耳機(jī)快速充電和低功耗的需求,延長(zhǎng)耳機(jī)的使用時(shí)間。
- 智能眼鏡、AR和VR設(shè)備:為這些對(duì)體積和功耗要求較高的設(shè)備提供高效的充電解決方案。
- 智能手表和其他可穿戴設(shè)備:小尺寸和低靜態(tài)電流特性使其成為可穿戴設(shè)備的理想選擇。
- 零售自動(dòng)化和支付設(shè)備:確保設(shè)備在頻繁使用過程中的穩(wěn)定供電和充電。
- 樓宇自動(dòng)化系統(tǒng):為系統(tǒng)中的傳感器和控制設(shè)備提供可靠的電源管理。
三、充電過程詳解
1. 涓流充電
當(dāng)電池電壓(VBAT)低于(V_{BATSC})閾值時(shí),為防止電池?fù)p壞,芯片會(huì)以較低的涓流充電電流(IBATSC)對(duì)電池進(jìn)行充電。在此期間,設(shè)備仍會(huì)計(jì)入預(yù)充電安全定時(shí)器,涓流充電和預(yù)充電共用快速充電定時(shí)器25%的時(shí)長(zhǎng)。
2. 預(yù)充電
當(dāng)電池電壓高于(V{BATSC})但低于(V{LOWV})閾值時(shí),電池以預(yù)充電電流(IPRECHG)進(jìn)行充電。預(yù)充電電流是終止電流的倍數(shù),通常為快速充電電流的一定百分比。當(dāng)電池電壓達(dá)到預(yù)充電到快速充電的過渡閾值((V_{LOWV}))時(shí),設(shè)備將以快速充電電流對(duì)電池進(jìn)行充電。如果設(shè)備在快速充電安全定時(shí)器的25%時(shí)間內(nèi)未退出預(yù)充電階段,則會(huì)停止充電。
3. 快速充電
當(dāng)(V{BAT}>V{LOW})時(shí),充電器主要由恒流(CC)和恒壓(CV)兩個(gè)控制環(huán)路控制。在CC環(huán)路占主導(dǎo)時(shí),通常是(V{BAT}
4. 終止充電
在快速充電過程中,當(dāng)CV環(huán)路比CC環(huán)路更占主導(dǎo)時(shí),充電電流會(huì)逐漸減小并接近(I{TERM})閾值。該閾值可通過(I^{2}C)事務(wù)進(jìn)行配置。當(dāng)達(dá)到終止閾值時(shí),設(shè)備會(huì)自動(dòng)禁用BATFET,進(jìn)入高阻抗模式。如果在CV環(huán)路減小充電電流的過程中,存在其他調(diào)節(jié)環(huán)路(如VINDPM、DPPM或熱調(diào)節(jié)環(huán)路)影響充電電流,則不會(huì)終止充電。只有當(dāng)CV環(huán)路在沒有其他調(diào)節(jié)環(huán)路影響的情況下運(yùn)行時(shí),才會(huì)終止充電。充電終止后,設(shè)備會(huì)監(jiān)測(cè)BAT引腳電壓,如果電壓下降到低于電池調(diào)節(jié)電壓((V{BATREG}))減去充電閾值(VRCH),則會(huì)啟動(dòng)新的充電周期并重置安全定時(shí)器。
四、關(guān)鍵特性解析
1. 輸入電壓動(dòng)態(tài)功率管理(VINDPM)
VINDPM環(huán)路可防止輸入電壓下降到導(dǎo)致充電中斷的程度。當(dāng)輸入電源無(wú)法支持編程或默認(rèn)的充電電流和系統(tǒng)負(fù)載時(shí),輸入電壓會(huì)下降。一旦電壓降至(V_{INDPM})閾值,輸入DPM電流和電壓環(huán)路會(huì)通過阻斷FET降低輸入電流,以防止電壓進(jìn)一步下降。該閾值可通過(I^{2}C)寄存器進(jìn)行編程,甚至可以完全禁用。當(dāng)設(shè)備進(jìn)入此模式時(shí),充電電流可能低于設(shè)定值,并且VINDPM_ACTIVE_STAT位會(huì)被置位。如果通過2XTMR_EN位設(shè)置了2倍定時(shí)器,在VINDPM激活期間,安全定時(shí)器會(huì)延長(zhǎng)。此外,VINDPM閾值可以配置為跟蹤電池電壓。
2. 動(dòng)態(tài)功率路徑管理模式(DPPM)
在連接有效輸入源的情況下,功率路徑管理電路會(huì)持續(xù)監(jiān)測(cè)輸入電壓和電流。流入IN的電流會(huì)在SYS處分配,用于為電池充電和為系統(tǒng)負(fù)載供電。如果充電電流和負(fù)載電流之和超過預(yù)設(shè)的最大輸入電流,輸入DPM環(huán)路會(huì)降低輸入電流。如果SYS電壓降至DPPM電壓閾值以下,DPPM環(huán)路會(huì)通過BATFET降低充電電流。如果在BATFET充電電流降至零后,SYS電壓仍低于補(bǔ)充模式閾值,設(shè)備將進(jìn)入補(bǔ)充模式。在DPPM環(huán)路控制期間,SYS電壓會(huì)保持在電池電壓以上,并且電池終止充電功能會(huì)被禁用。
3. 電池補(bǔ)充模式
在DPPM模式下,當(dāng)充電電流降至零且系統(tǒng)負(fù)載電流超過編程的輸入電流限制時(shí),SYS電壓會(huì)進(jìn)一步降低。當(dāng)SYS電壓降至電池電壓以下至(V{BSUP1})時(shí),電池會(huì)為系統(tǒng)負(fù)載提供補(bǔ)充電源。當(dāng)SYS引腳電壓上升到電池電壓與(V{BSUP2})之間時(shí),電池停止補(bǔ)充供電。在補(bǔ)充模式期間,電池補(bǔ)充電流不受調(diào)節(jié),但如果啟用了BATOCP保護(hù)電路,則該電路會(huì)處于激活狀態(tài)。同時(shí),電池終止充電功能在補(bǔ)充模式下也會(huì)被禁用。
4. 睡眠模式
當(dāng)(V{IN})降至睡眠模式進(jìn)入閾值以下且高于欠壓鎖定閾值時(shí),設(shè)備會(huì)進(jìn)入低功耗睡眠模式。在睡眠模式下,輸入與電池隔離,可防止在沒有(V{IN})時(shí)電池放電。當(dāng)(V{IN}
5. SYS電源控制
通過(I^{2}C)的SYSMODE位,設(shè)備可以控制SYS的供電方式。這些位可以強(qiáng)制SYS由BAT供電而不是IN(即使(V{IN}>V{BAT}+V{SLEEP})),也可以將SYS與任何電源斷開、下拉SYS或使其浮空。不同的SYS_MODE設(shè)置會(huì)導(dǎo)致不同的設(shè)備行為:
- SYS_MODE = 00:這是設(shè)備的默認(rèn)狀態(tài)和正常工作模式。如果(V{IN}>V{UVLO})、(V{IN}>V{BAT}+V{SLEEP})且(V{IN}
- SYS_MODE = 01:當(dāng)設(shè)置此配置時(shí),如果(V{BAT}>V{BUVLO}),無(wú)論(V{IN})狀態(tài)如何,SYS都將由BAT供電。這允許主機(jī)在適配器仍連接的情況下最小化從適配器的電流消耗。如果在(V{BAT}
- SYS_MODE = 10:設(shè)置此配置時(shí),SYS將被斷開并浮空。數(shù)字電路保持開啟和活躍狀態(tài)。浮空時(shí),SYS只能被強(qiáng)制到最高(V{BAT})電平。切換(V{IN}(V{IN}
{INUVLO}))會(huì)將SYS_MODE重置為00。 - SYS_MODE = 11:設(shè)置此配置時(shí),SYS將被斷開并下拉到地。切換(V_{IN})會(huì)將SYS_MODE重置為00。
- SYS_MODE = 01:當(dāng)設(shè)置此配置時(shí),如果(V{BAT}>V{BUVLO}),無(wú)論(V{IN})狀態(tài)如何,SYS都將由BAT供電。這允許主機(jī)在適配器仍連接的情況下最小化從適配器的電流消耗。如果在(V{BAT}
6. SYS調(diào)節(jié)
BQ25188包含一個(gè)SYS電壓調(diào)節(jié)環(huán)路,可防止連接到SYS的下游設(shè)備暴露在高達(dá)VINOVP的電壓下。只有當(dāng)(V{IN}>V{UVLO})、(V{IN}>V{BAT}+V{SLEEP})且(V_{IN} 輸入電流限制可以通過(I^{2}C)選擇ILIM位進(jìn)行控制。如果ILIM鉗位激活,ILIM_ACTIVE_STAT位將被置位。MASK_ILIM可以防止發(fā)出中斷,但不會(huì)覆蓋ILIM本身的行為。主機(jī)可以通過(I^{2}C)動(dòng)態(tài)編程ILIM值。 BQ25188集成了多種保護(hù)機(jī)制,確保設(shè)備在各種異常情況下的安全性:
7. ILIM控制
8. 保護(hù)機(jī)制
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