BQ25628/BQ25629：高效單節(jié)電池充電管理芯片的深度解析

在當(dāng)今的電子設(shè)備中，電池充電管理芯片的性能直接影響著設(shè)備的續(xù)航能力、安全性和穩(wěn)定性。TI推出的BQ25628和BQ25629芯片，作為高度集成的2A開關(guān)模式電池充電管理和系統(tǒng)電源路徑管理設(shè)備，為單節(jié)鋰離子和鋰聚合物電池提供了卓越的解決方案。本文將深入剖析這兩款芯片的特性、功能及應(yīng)用，為電子工程師們提供全面的參考。

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1. 芯片概述

BQ25628和BQ25629專為單節(jié)鋰離子和鋰聚合物電池設(shè)計，具備I2C控制功能，輸入電壓范圍寬至3.9V - 18V，最大充電電流可達(dá)2A，還支持NVDC電源路徑管理和OTG輸出。它們集成了輸入反向阻斷FET（RBFET）、高端開關(guān)FET（HSFET）、低端開關(guān)FET（LSFET）和電池FET（BATFET），以及高端柵極驅(qū)動器的自舉二極管，大大簡化了電路設(shè)計。

2. 關(guān)鍵特性

2.1 高效充電

采用1.5MHz同步開關(guān)模式降壓充電器，效率高，在5V輸入下，輸出電流低至25mA時效率仍大于90%。充電終止電流可在5mA - 310mA之間以5mA為步長進(jìn)行調(diào)整，靈活性強(qiáng)。

2.2 溫度管理

具備靈活的JEITA配置文件，可根據(jù)溫度調(diào)整充電策略，確保電池在安全的溫度范圍內(nèi)充電。同時，芯片在電池僅供電模式下靜態(tài)電流低至1.5μA，運輸模式下電池泄漏電流為0.15μA，關(guān)機(jī)模式下為0.1μA，有效延長了電池的續(xù)航時間。

2.3 寬輸入源支持

支持3.9V - 18V的寬輸入工作電壓范圍，絕對最大輸入電壓可達(dá)26V。通過輸入電壓調(diào)節(jié)（VINDPM）和輸入電流調(diào)節(jié)（IINDPM），可最大化源功率，且VINDPM能自動跟蹤電池電壓。

2.4 電源路徑管理

采用NVDC電源路徑管理，即使電池耗盡或不存在，系統(tǒng)也能立即啟動。當(dāng)適配器滿載時，電池可提供補(bǔ)充電源，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

2.5 高精度控制

充電電壓調(diào)節(jié)精度為±0.4%，充電電流調(diào)節(jié)精度為±5%，輸入電流調(diào)節(jié)精度為±5%，保證了充電的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

2.6 安全保護(hù)

具備熱調(diào)節(jié)和熱關(guān)斷功能，以及輸入、系統(tǒng)和電池過壓保護(hù)，電池和轉(zhuǎn)換器過流保護(hù)，充電安全定時器等多重安全保護(hù)措施，確保電池充電和系統(tǒng)運行的安全性。

3. 功能詳解

3.1 上電復(fù)位（POR）

芯片從VBUS和BAT中較高的電壓為內(nèi)部偏置電路供電。當(dāng)任一電壓超過欠壓鎖定（UVLO）閾值時，所有寄存器將復(fù)位為POR值，I2C接口啟用，同時會生成一個不可屏蔽的INT脈沖，之后主機(jī)即可訪問所有寄存器。

3.2 設(shè)備上電

• 從電池上電：當(dāng)僅存在電池且VBAT高于耗盡閾值（VBAT_UVLOZ）時，芯片執(zhí)行上電復(fù)位，然后打開BATFET將電池連接到系統(tǒng)。REGN LDO輸出保持關(guān)閉以最小化靜態(tài)電流。
• 從輸入源上電：當(dāng)插入有效輸入源且VBAT < VBAT_UVLOZ時，芯片執(zhí)行上電復(fù)位，檢查輸入源電壓以打開REGN LDO和所有偏置電路，檢測并設(shè)置輸入電流限制后啟動降壓轉(zhuǎn)換器。

3.3 電源路徑管理

• NVDC架構(gòu)：采用NVDC架構(gòu)，通過BATFET將系統(tǒng)與電池分離。最小系統(tǒng)電壓由VSYSMIN寄存器設(shè)置，即使電池完全耗盡，系統(tǒng)也能調(diào)節(jié)到最小系統(tǒng)電壓。
• 動態(tài)功率管理：為滿足USB最大電流限制并避免適配器過載，芯片具備動態(tài)功率管理（DPM）功能，可實時監(jiān)測輸入電流和輸入電壓，當(dāng)輸入源過載時，自動降低充電電流。
• 高阻抗模式：主機(jī)可通過設(shè)置EN_HIZ = 1將芯片置于高阻抗模式，此時RBFET、HSFET和LSFET關(guān)閉，BATFET打開，REGN禁用，數(shù)字時鐘減慢以節(jié)省功率。

3.4 電池充電管理

• 自主充電周期：當(dāng)電池充電啟用時，芯片可自主完成充電周期，無需主機(jī)干預(yù)。默認(rèn)充電參數(shù)可通過I2C進(jìn)行調(diào)整，以滿足不同的充電需求。
• 電池充電曲線：芯片采用五階段充電策略，包括涓流充電、預(yù)充電、恒流充電、恒壓充電和可選的頂部充電階段，確保電池充電的安全性和高效性。
• 充電終止：當(dāng)充電電流低于終止閾值且電池電壓高于再充電閾值時，芯片自動終止充電周期。為避免過早終止，在IINDPM、VINDPM或熱調(diào)節(jié)環(huán)路激活時，芯片不會終止充電。

3.5 USB On-The-Go（OTG）

• 升壓OTG模式：支持升壓轉(zhuǎn)換器操作，可將電池的功率傳輸?shù)絇MID。輸出電壓可在VOTG中設(shè)置，進(jìn)入升壓OTG模式需滿足一系列條件，如BAT高于VBAT_OTG、VBUS小于VBAT + VSLEEP等。
• 旁路OTG模式：提供旁路模式，可直接將電池連接到PMID引腳，實現(xiàn)最高效率的功率傳輸。進(jìn)入旁路OTG模式需滿足特定條件，退出條件也有明確規(guī)定。
• PMID電壓指示器（PMID_GD）：用于驅(qū)動外部PMOS FET，在過流和過壓條件下斷開電源路徑，保護(hù)連接到PMID的附件設(shè)備。

3.6 集成12位ADC監(jiān)測

芯片提供集成的12位ADC，可用于主機(jī)監(jiān)測各種系統(tǒng)參數(shù)。ADC默認(rèn)禁用，以節(jié)省功率，可通過設(shè)置ADC_EN位啟用。在電池僅供電條件下，ADC的操作與電池電壓有關(guān)。

3.7 狀態(tài)輸出

• 中斷和狀態(tài)標(biāo)志：芯片通過中斷引腳（INT）通知主機(jī)狀態(tài)變化，每個事件都有狀態(tài)字段、標(biāo)志位和掩碼位。標(biāo)志位在狀態(tài)字段轉(zhuǎn)換時設(shè)置，掩碼位可控制是否生成INT脈沖。
• 充電狀態(tài)指示器（STAT）：通過開放漏極STAT引腳指示充電狀態(tài)，可驅(qū)動LED。STAT引腳功能可通過DIS_STAT位禁用。

3.8 BATFET控制

芯片集成了雙向阻斷BATFET，可通過BATFET_CTRL寄存器位控制，支持關(guān)機(jī)模式、運輸模式和系統(tǒng)電源復(fù)位。不同模式下BATFET的狀態(tài)和操作方式各不相同。

3.9 保護(hù)功能

芯片在不同模式下具備全面的電壓和電流監(jiān)測及保護(hù)功能，包括電池欠壓鎖定、電池過流保護(hù)、輸入過壓保護(hù)、系統(tǒng)過壓保護(hù)、正向轉(zhuǎn)換器逐周期電流限制、系統(tǒng)短路保護(hù)、電池過壓保護(hù)、睡眠和不良源比較器、PMID OVP和VBUS過流保護(hù)等，確保芯片和電池的安全運行。

4. 寄存器映射

芯片的寄存器通過I2C接口進(jìn)行編程，包含多個8位和16位寄存器，用于設(shè)置充電參數(shù)、監(jiān)測狀態(tài)和控制功能。不同寄存器的功能和位描述詳細(xì)，工程師可根據(jù)需求進(jìn)行靈活配置。

5. 應(yīng)用與實現(xiàn)

5.1 典型應(yīng)用

典型應(yīng)用中，芯片可配置為I2C控制的電源路徑管理設(shè)備和單節(jié)電池充電器，適用于智能手機(jī)和其他便攜式設(shè)備。

5.2 設(shè)計要求

設(shè)計時需考慮VBUS范圍、輸入電流限制、快速充電電流、最小系統(tǒng)電壓和電池調(diào)節(jié)電壓等參數(shù)。

5.3 詳細(xì)設(shè)計步驟

• 電感選擇：1.5MHz的開關(guān)頻率允許使用小電感和電容值，電感飽和電流應(yīng)高于充電電流加上一半的紋波電流。
• 輸入電容：輸入電容應(yīng)提供足夠的紋波電流額定值，以吸收輸入開關(guān)紋波電流，建議使用低ESR陶瓷電容。
• 輸出電容：輸出電容應(yīng)具備足夠的紋波電流額定值，以吸收輸出開關(guān)紋波電流，可通過增加輸出濾波器LC來降低電壓紋波。

6. 布局指南

為了降低開關(guān)損耗和電磁干擾，布局時應(yīng)遵循特定的指南，如最小化開關(guān)節(jié)點的上升和下降時間，合理放置電容和電感，確保I2C SDA和SCL線遠(yuǎn)離SW節(jié)點等。

7. 總結(jié)

BQ25628和BQ25629芯片以其高效、靈活、安全的特性，為單節(jié)鋰離子和鋰聚合物電池的充電管理提供了優(yōu)秀的解決方案。電子工程師在設(shè)計相關(guān)產(chǎn)品時，可充分利用芯片的各項功能，結(jié)合實際應(yīng)用需求進(jìn)行合理配置和布局，以實現(xiàn)最佳的性能和可靠性。你在使用這兩款芯片的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。