PC電池充電控制器管理論文

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摘要：bq24700/bq24701是TI公司為筆記本pc專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的帶動(dòng)態(tài)電源管理（DPM）功能的電池充電控制器和選擇器。該器件利用期限動(dòng)態(tài)電源管理和AC墻上適配器可自動(dòng)調(diào)節(jié)電池的充電電流，從而可使電池的充電時(shí)間達(dá)到最短。文中介紹了bq24700/01的功能、特點(diǎn)和應(yīng)用電路。

關(guān)鍵詞：充電控制器/選擇器DPMbq24700/01

1概述

bq24700／bq24701是專(zhuān)為筆記本PC而定制的高集成度電池充電控制器和選擇器。bq24700／1利用其動(dòng)態(tài)電源管理（DPM）和AC墻上適配器來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)電池的充電電流，從而可使電池充電時(shí)間縮至最短，并可選用低成本的適配器。bq24700／1利用選擇器可以選擇電池或AC墻上適配器作為主系統(tǒng)電源。同時(shí)可利用300kHz的固定頻率和PWM來(lái)精確控制電池的充電電流和電壓。在對(duì)鎳鎘／鎳氫電池和鋰離子／鋰聚合物電池組（包）充電時(shí)，充電電流精度為±4％。當(dāng)對(duì)Li＋電池充電時(shí)，充電電壓精度可達(dá)±0．4％。器件中的PWM控制器適合于在墻上適配器電壓高于電池電壓情況下的降壓變換器中使用。在電池過(guò)放電情況下，為了保護(hù)電池，bq24700／1可執(zhí)行耗盡電池檢測(cè)與指示功能。

2引腳功能和推薦工作條件

bq24700／1采用24引腳TSSOP封裝，引腳排列如圖1所示。表1列出了它們的引腳功能。

表1bq24700/01的引腳功能

引腳名稱(chēng)引腳號(hào)I/O功能

ACDET1IAC或適配器電源檢測(cè)端。當(dāng)該腳電壓低于1.2V門(mén)限電時(shí)，器件進(jìn)入睡眠模式，在睡眠模式下僅消耗15μA電流

ACDRV24OAC或適配器電源選擇輸出

ACN11I適配器電流感測(cè)放大器負(fù)差分輸入

ACP12I適配器電流感測(cè)放大器正差分輸入

ACPRES2O開(kāi)路漏極輸出，用作指示AC電源的存在

ACSEL3I該腳為邏輯低電平，選擇電池；為邏輯高電平時(shí)，選擇AC適配器作為系統(tǒng)電源

ACSET6I用于在DPM發(fā)生時(shí)編程適配器電流

ALARM19O枯竭電池報(bào)警輸出

BATDEP4I已耗盡枯竭的電池電平設(shè)定輸入

BATDRV23O電池電源選擇輸出

BATP13I電流充電調(diào)整電壓檢測(cè)輸入

BATSET9I該腳電壓>0.25V時(shí)，用作設(shè)定充電電平；該腳電壓≤0.25V或接地時(shí)，內(nèi)部電池誤差放大器反相輸入端連接內(nèi)部1.25V（±0.05%）的參考電壓

COMP10O從反相端輸入到PWM比較器，該端同時(shí)也是跨導(dǎo)（gm）放大器的輸出

ENABLE8I充電賦能

GND17-電源地回復(fù)，公共參考

IBAT14O電池電流差分放大器輸出

PWM21O柵極驅(qū)動(dòng)器輸出

SRN15I電池電流感測(cè)放大器負(fù)差分輸入

SRP16I電池電流感測(cè)放大器正差分輸入

SRSET5I電池充電電流編程端，用于設(shè)定充電電流的限制電平

V22I工作電源

VHSP20O驅(qū)動(dòng)外部MOSFET的電壓源

VREF7O5V、±0.6%的參考電壓

Vs18I系統(tǒng)（負(fù)載）電壓輸入腳

bq24700／1的推薦工作條件如下：

電源電壓(Vcc)：7～20V(選擇器工作電壓為4．5～20V)；

ACN、ACP(11腳、12腳)輸入電壓：7～20V；

SRN、SRP(15腳、16腳)輸入電壓：5～18V；

PWM、BATDRV、ACDRV(21腳、23腳、24腳)輸出電壓：－0．3～20V；

1～5腳、8～10腳、13～14腳和18～19腳的輸入或輸出電壓：－0．3～8V；

工作環(huán)境溫度(TA)：－40～85℃。

3應(yīng)用電路及工作原理

bq24700在筆記本PC充電管理中的應(yīng)用電路如圖2所示。電路的輸入端連接AC墻上適配器，輸出端連接筆記本PC系統(tǒng)。Q1(P溝道MOSFET)為充電器開(kāi)關(guān)，Q2為適配器選擇開(kāi)關(guān)，Q3為電池選擇開(kāi)關(guān)。

3．1電路工作原理

a．動(dòng)態(tài)電源管理(DPM)

電池充電電流IBAT為適配器電流IADPT與系統(tǒng)電流ISYS之差，即IBAT＝IADPT－ISYS。如果IBAT與ISYS之和超過(guò)適配器的電流限制，通過(guò)DPM功能可減小電池充電電流，從而使整個(gè)輸入電流消耗保持在墻上適配器的限定容量之內(nèi)。隨著系統(tǒng)電流的減小，充電電流會(huì)相應(yīng)增大，從而使電池充電時(shí)間縮短到最低限度。

DPM可通過(guò)電池充電來(lái)調(diào)節(jié)電壓、充電電流和適配器，以使充電電流的三個(gè)控制環(huán)路進(jìn)入PWM控制器。如果三個(gè)用戶的編程門(mén)限有任意一個(gè)達(dá)到，相應(yīng)的控制環(huán)路將命令PWM控制器減小占空因數(shù)，以減小電池充電電流。

b．AC適配器檢測(cè)

IC的ACDET腳(1腳)通過(guò)外部電阻分壓器來(lái)檢測(cè)AC適配器的存在及其功率損耗。在應(yīng)用電路中，由于R1連接于阻塞二極管D1的負(fù)極，故要求適配器電壓VADPT≥18V(當(dāng)VADPT＜18V時(shí)，R1連接到D1正極)。當(dāng)ACDET腳上電壓低于內(nèi)部比較器的1．2V參考電平時(shí)，IC將進(jìn)入睡眠狀態(tài)，PWM控制截止，Q2關(guān)斷，Q3導(dǎo)通，從而選擇電池作為系統(tǒng)電源。系統(tǒng)(負(fù)載)電壓可通過(guò)VS腳上的電阻分壓器進(jìn)行監(jiān)控，以便在Q2出現(xiàn)短路而適配器電源仍存在時(shí)，對(duì)系統(tǒng)電源提供保護(hù)。

c．電池充電操作

bq24700／1中的固定頻率PWM控制器可用于為電池充電提供閉環(huán)控制。電池電壓VBAT、電池充電電流IBAT和適配器充電電流IADPT三個(gè)控制參數(shù)，既可由鍵盤(pán)DAC或IC5V參考電壓外部的電阻分壓器來(lái)進(jìn)行編程，也可利用內(nèi)部參考電壓(1．25V)來(lái)編程。適配器電流和電池充電電流可分別利用低值電阻R5和R6來(lái)檢測(cè)，并被反饋到IC內(nèi)部相應(yīng)的跨導(dǎo)(gm)放大器上。電池電壓則通過(guò)R7和R9組成的分壓器檢測(cè)，并將檢測(cè)信號(hào)反饋到IC內(nèi)部的第三個(gè)gm放大器。

(1)電池充電電壓設(shè)定

電池充電調(diào)整電壓VBAT可利用R7和R9組成的電阻分壓器并通過(guò)IC的BATP(13)腳反饋到電池誤差放大器，只要BATSET(9)腳上的電壓VBATSET大于內(nèi)部0．25V的參考電壓，電池充電電壓便可設(shè)定為：

VBAT＝[(R7＋R9)／R9]·VBATSET

(2)電池充電電流設(shè)定

電池充電電流IBAT可由IC腳SRSET(5)上的電壓VSRSET和傳感電阻R6共同決定，公式如下：

IBAT＝VSRSET／(25R6)

上式中，VSRSET的最大值為2．5V。該電壓可通過(guò)來(lái)自VREF(5V)的電阻分壓器獲得，也可以從鍵盤(pán)控制器DAC得到。

圖2bq24700組成的筆記本PC電池充電器電路

(3)適配器電流設(shè)定

適配器電流IADPT可通過(guò)IC腳ACSET(6)上的電壓VACSET和適配器電流感測(cè)電阻R5來(lái)確定：

IADDPT＝VACSET（25R5）

d．電池耗盡檢測(cè)

電池耗盡電平可由通過(guò)電阻分壓器施加到IC腳BATDEP（4）上的電壓來(lái)設(shè)定。當(dāng)電池放電過(guò)量時(shí)，ALARM（19）腳會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)并輸出高電平，而并不關(guān)心電源選擇。

當(dāng)電池電壓低于已耗盡電平的80％時(shí)，被認(rèn)為是電池深度放電。當(dāng)電池耗盡時(shí)，bq24700仍會(huì)停留在已選擇的電源上。但是，bq24701卻會(huì)在電池耗盡時(shí)，自動(dòng)切換到適配器電源。表2列出了兩種器件的可用選擇方式。

表2bq24700/01的選擇方式

條件

TA=-40～85℃選擇器操作

bq24700bq24701

電池作為電源

電池移開(kāi)自動(dòng)選擇AC適配器自動(dòng)選擇AC適配器

電池重新插入基于選擇器

輸入選擇當(dāng)適配器

移開(kāi)時(shí)選擇電池

AC適配器作為電源

適配器移開(kāi)自動(dòng)選擇電池自動(dòng)選擇電池

適配器重新接入基于選擇器輸入選擇基于選擇器輸入選擇

已耗盡的電池條件

電池作為電源發(fā)送報(bào)警信號(hào)自動(dòng)選擇適配器發(fā)送報(bào)警信號(hào)

AC適配器作為電源發(fā)送報(bào)警信號(hào)發(fā)送報(bào)警信號(hào)

報(bào)警信號(hào)有效

耗盡電池條件耗盡電池條件

選擇器輸入不匹配于選擇器輸出

3．2主要元件選擇

a．MOSFET選擇

MOSFET的選擇取決于柵－源電壓、輸入電壓和輸入電流。P溝道MOSFET的柵－源耐壓至少是20V，擊穿電壓BVDSS≈VIN＋1V。平均輸入電流的計(jì)算公式如下：

IIN(avg)＝[（VOIO）×1．2[／VIN

有效值電流由下式確定：

IIN(RMS)＝IIN(avg)(1／D)1／2

式中，D為占空比。

b．肖特基二極管D1的選擇

選擇肖特基二極管D1時(shí)，要求D1必須能承受輸入電壓VIN。

c．電感的選擇

為防止電流斜坡太陡而導(dǎo)致過(guò)大的紋波，電路中電感器的電感值不能過(guò)小，推薦按下式選取：

L＝[(VIN－VBAT)VBAT]／0．2fsIFSVIN

式中，fs為開(kāi)關(guān)頻率，IFS為開(kāi)關(guān)電流。