BQ25672：高性能多電池充電器的技術(shù)解析與應(yīng)用指南

在電子設(shè)備的電源管理領(lǐng)域，一款優(yōu)秀的電池充電器對于保障設(shè)備的穩(wěn)定運行和電池的高效充電至關(guān)重要。今天，我們將深入探討德州儀器（TI）推出的BQ25672，這是一款高度集成的開關(guān)模式降壓充電器，專為1至4節(jié)鋰離子和鋰聚合物電池設(shè)計，具備眾多先進(jìn)特性和功能。

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1. 產(chǎn)品概述

BQ25672是一款高度集成的開關(guān)模式降壓充電器，專為1至4節(jié)鋰離子和鋰聚合物電池設(shè)計。它集成了開關(guān)MOSFET、輸入和充電電流感應(yīng)電路、電池FET（BATFET）以及轉(zhuǎn)換器的所有環(huán)路補(bǔ)償，為緊湊設(shè)計和最少的組件數(shù)量提供了可能。該充電器支持NVDC電源路徑管理，確保系統(tǒng)在電池完全放電或移除的情況下仍能正常運行。此外，它還具備雙輸入電源多路復(fù)用控制器、最大功率點跟蹤（MPPT）算法以及集成的16位ADC等功能，為電池充電和系統(tǒng)操作提供了全面的解決方案。

1.1 主要特性

• 高功率密度與集成度：集成了開關(guān)MOSFET、BATFET以及輸入和充電電流感應(yīng)電路，實現(xiàn)了高功率密度和高集成度。
• 高效充電：支持750kHz或1.5MHz的開關(guān)頻率，充電電流可達(dá)3A，效率高達(dá)96.5%。
• 廣泛的輸入源支持：支持3.6V至24V的寬輸入工作電壓范圍，具備自主采樣開路電壓（VOC）的最大功率點跟蹤（MPPT）功能，可從光伏面板充電。
• 雙輸入電源選擇：可選的雙輸入電源多路復(fù)用控制器，可實現(xiàn)電源源的選擇。
• USB OTG功能：支持USB On-the-Go（OTG）功能，可從電池為USB端口供電，輸出電壓范圍為5V至12V。
• 靈活的充電模式：支持自主和I2C模式，以實現(xiàn)最佳系統(tǒng)性能。
• 集成ADC：集成16位ADC，用于電壓、電流和溫度監(jiān)測。
• 低電池靜態(tài)電流：電池僅工作模式下的靜態(tài)電流低至17μA，充電器關(guān)閉模式下低至500nA。
• 高精度充電：2S電池的充電電壓調(diào)節(jié)精度為-0.25%至+0.65%，充電電流和輸入電流調(diào)節(jié)精度為±5%。
• 安全保護(hù)：具備熱調(diào)節(jié)和熱關(guān)斷、輸入/電池過壓和過流保護(hù)、轉(zhuǎn)換器MOSFET過流保護(hù)以及充電安全定時器等安全特性。

1.2 應(yīng)用場景

BQ25672的應(yīng)用場景廣泛，涵蓋了多個領(lǐng)域，包括但不限于：

• 智能家居：視頻門鈴、智能家居控制、數(shù)據(jù)集中器等。
• 機(jī)器人：機(jī)器人割草機(jī)、真空機(jī)器人等。
• 移動設(shè)備：資產(chǎn)跟蹤、移動POS、多參數(shù)患者監(jiān)護(hù)儀、心電圖（ECG）、超聲智能探頭等。

2. 功能特性詳解

2.1 電源啟動與初始化

BQ25672的內(nèi)部偏置電路由VBUS或BAT中較高的電壓供電。當(dāng)有效電壓大于VBUS_UVLOZ或BAT_UVLOZ閾值時，設(shè)備啟動。在檢測到有效電壓后，充電器會進(jìn)行ACFET - RBFET檢測，讀取PROG引腳的電阻，并相應(yīng)地配置充電器的上電復(fù)位（POR）寄存器設(shè)置。大約20ms后，I2C寄存器可被主機(jī)訪問。

2.2 PROG引腳配置

PROG引腳用于設(shè)置充電器的默認(rèn)POR開關(guān)頻率和電池單元數(shù)量。通過連接不同阻值的電阻，可以選擇不同的開關(guān)頻率和電池單元配置。不同的電池單元配置會影響一些充電參數(shù)的默認(rèn)值，如充電電流、最小系統(tǒng)電壓和充電電壓等。

2.3 充電模式

BQ25672支持自主充電模式和I2C主機(jī)控制充電模式。在自主充電模式下，充電器在電源啟動后，使用默認(rèn)寄存器設(shè)置自動完成充電周期，無需軟件干預(yù)。充電過程分為涓流充電、預(yù)充電、恒流（CC）充電和恒壓（CV）充電四個階段。當(dāng)充電電流低于預(yù)設(shè)的終止電流時，充電自動終止。當(dāng)電池電壓低于充電閾值時，充電器會自動開始新的充電周期。

2.4 最大功率點跟蹤（MPPT）

對于太陽能面板輸入，BQ25672實現(xiàn)了簡單的MPPT算法，以跟蹤最大功率點。該算法自動周期性地檢測充電器輸入源的VOC，并將VINDPM設(shè)置為測量的VOC的一定比例。建議將充電電流設(shè)置為最大值，以確保VINDPM始終被觸發(fā)和激活。

2.5 USB On-the-Go（OTG）功能

在沒有輸入源的情況下，BQ25672支持USB OTG功能，通過電池放電在VBUS上產(chǎn)生5V至12V的可調(diào)降壓 - 升壓輸出電壓。要啟用OTG操作，需要滿足電池電壓高于VBAT_OTG上升閾值、VBUS低于VVBUS_UVLO以及TS引腳電壓在配置范圍內(nèi)等條件。

2.6 電源路徑管理

BQ25672采用NVDC架構(gòu)，通過BATFET將系統(tǒng)與電池分離，確保系統(tǒng)在電池完全耗盡的情況下仍能保持高于最小系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定運行。當(dāng)負(fù)載功率超過輸入源額定值時，電池進(jìn)入補(bǔ)充模式，防止輸入源過載和系統(tǒng)崩潰。

2.7 電池充電管理

BQ25672能夠為1S至4S的鋰離子電池提供高達(dá)3A的充電電流。充電過程分為涓流充電、預(yù)充電、恒流充電、恒壓充電和頂充（可選）五個階段。充電器會根據(jù)電池電壓自動調(diào)整充電電流和電壓，確保電池安全、高效地充電。

2.8 安全保護(hù)機(jī)制

BQ25672具備多種安全保護(hù)機(jī)制，包括過壓保護(hù)、過流保護(hù)、熱調(diào)節(jié)和熱關(guān)斷等。這些保護(hù)機(jī)制能夠有效防止電池和充電器在異常情況下受到損壞，確保系統(tǒng)的安全性和可靠性。

3. 寄存器配置與控制

BQ25672通過I2C接口進(jìn)行靈活的充電參數(shù)編程和設(shè)備狀態(tài)報告。其寄存器映射涵蓋了各種功能設(shè)置，如最小系統(tǒng)電壓、充電電壓限制、充電電流限制、輸入電壓和電流限制等。工程師可以根據(jù)具體應(yīng)用需求，通過I2C接口對這些寄存器進(jìn)行配置，以實現(xiàn)最佳的充電性能和系統(tǒng)控制。

4. 應(yīng)用設(shè)計與布局

4.1 典型應(yīng)用電路

典型應(yīng)用電路中，BQ25672可配置為I2C控制的電源路徑管理設(shè)備和多電池充電器。它集成了四個用于轉(zhuǎn)換器的開關(guān)MOSFET、系統(tǒng)與電池之間的BATFET、輸入電流感應(yīng)和充電電流感應(yīng)電路、用于高端柵極驅(qū)動的自舉二極管以及用于電源源選擇的雙輸入電源多路復(fù)用器。

4.2 設(shè)計要求與參數(shù)

在設(shè)計應(yīng)用電路時，需要考慮一些關(guān)鍵參數(shù)，如VBUS電壓范圍、光伏面板電壓、二次適配器電壓范圍、輸入電流限制、快速充電電流限制、電池調(diào)節(jié)電壓等。同時，還需要根據(jù)具體應(yīng)用需求啟用MPPT功能，并設(shè)置相應(yīng)的VOC測量間隔、延遲和百分比等參數(shù)。

4.3 組件選擇

• 電感選擇：根據(jù)開關(guān)頻率和充電電流等參數(shù)選擇合適的電感。1.5MHz開關(guān)頻率適用于1μH電感，750kHz開關(guān)頻率適用于2.2μH電感。電感飽和電流應(yīng)大于輸入電流或充電電流加上一半的紋波電流。
• 輸入電容：在降壓模式下，輸入電流是不連續(xù)的，因此需要選擇具有足夠紋波電流額定值和大電容值的輸入電容，以吸收輸入交流電流并保持小的輸入電壓紋波。建議使用低ESR陶瓷電容，如X7R或X5R，并將其放置在靠近IC的PMID和GND引腳處。
• 輸出電容：在升壓模式下，輸出電流是不連續(xù)的，因此需要選擇具有足夠紋波電流額定值和大電容值的輸出電容，以吸收輸出交流電流并保持小的輸出電壓紋波。建議使用低ESR陶瓷電容，如X7R或X5R，并將其放置在靠近IC的SYS和GND引腳處。

4.4 布局指南

合理的布局對于減少開關(guān)損耗、防止電磁輻射和高頻諧振問題至關(guān)重要。以下是一些布局建議：

• 盡量減小開關(guān)節(jié)點的上升和下降時間，以降低開關(guān)損耗。
• 合理布局組件，最小化高頻電流路徑環(huán)路，防止電磁輻射和高頻諧振問題。
• 將SYS、PMID和VBUS的輸出電容盡可能靠近相應(yīng)的引腳放置，并確保接地連接短而直接。
• 將電感的輸入和輸出端子盡可能靠近SW1和SW2引腳放置，減小銅面積以降低電磁輻射，但要確保導(dǎo)線足夠?qū)捯猿休d電感電流。
• 將BAT和VBUS的電容靠近相應(yīng)的引腳放置，REGN去耦電容和自舉電容應(yīng)靠近IC并保持短的走線連接。
• 在功率MOSFET下方確保有足夠的熱過孔，以連接到其他層的銅層。
• 確保過孔的尺寸和數(shù)量足夠滿足電流路徑的需求。
• 將BATP走線遠(yuǎn)離SW1和SW2等開關(guān)節(jié)點。

5. 總結(jié)

BQ25672是一款功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越的電池充電器，具備高功率密度、高效充電、廣泛的輸入源支持、靈活的充電模式、集成的ADC以及完善的安全保護(hù)機(jī)制等諸多優(yōu)點。通過合理的設(shè)計和布局，它可以為各種應(yīng)用場景提供可靠的電源管理解決方案。在實際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體需求，仔細(xì)配置寄存器參數(shù)，選擇合適的組件，并遵循布局指南，以確保BQ25672發(fā)揮最佳性能。你在使用BQ25672的過程中遇到過哪些問題？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。