用于高端手持設備的低成本充電管理芯片BQ24070應用設計

摘要： 給出詳細的鋰電池充電管理芯片BQ24070應用設計。
關鍵詞： 電池充電管理；DPPM；BQ24070
引言

　　BQ24070是TI(德州儀器公司)基于BQTINY III產品衍生出來的低成本單節(jié)鋰電池線性充電管理芯片，支持USB和交流適配器充電模式，符合預充－恒流－恒壓－涓充的充電過程；它具有DPPM(動態(tài)功率路徑管理功能)，因此支持深度放電電池充電(插入交流適配器后不需要等待即可正常開機)和使用小功率交流適配器充電的應用，自動功率補償、調整充電電流和系統(tǒng)電流分配關系，最大程度保證系統(tǒng)的正常工作；具有電池溫度檢測功能，在電池處于過冷或者過熱的環(huán)境中充電時保護電池，避免損壞；支持高達1.5A充電電流，具有充電時間設置功能，避免電池長時間充電而損壞。BQ24070是20引腳3.5mm x 4.5mm QFN，小巧緊湊的封裝形式節(jié)省PCB板空間。
 
　　適用范圍：個人媒體播放器，多媒體手機，游戲機，PDA和其他手持設備。

圖1  DPPM功能簡圖

功能設計

DPPM功能

　　動態(tài)功率路徑管理(DPPM)是指當交流適配器或者USB電源提供的電流不足以滿足電池充電和系統(tǒng)供電時，BQ24070的DPPM單元將進行下面兩個操作：
　　1) 當Vout引腳電壓降到1.15×VDPPM時(VDPPM即在RDPPM電阻上的電壓)，BQ24070就會降低電池充電電流，阻止交流適配器或者USB電源電壓的下降，將電源中的更多電流分配給系統(tǒng)—稱為淺度DPPM模式。
　　2) 如果降低充電電流、甚至將所有充電電流都分配給系統(tǒng)，依然不能滿足系統(tǒng)電流需求時，使得Vout電壓繼續(xù)下降，當Vout電壓跌到預先設定電壓值時，BQ24070就會從電池中自動抽取部分電流補充給系統(tǒng)，即Q2導通，Q2的最大電流通流量為4A—稱為深度DPPM模式。

DPPM工作原理

　　通過設置DPPM引腳對地的電阻阻值即可完成，當系統(tǒng)電流與充電電流之和大于交流適配器或者USB電源最大輸出電流時必然會引起交流適配器或者USB電源電壓的跌落(當電源過載時，電源會進入限流模式，即電流會恒定到某一數值，但是電壓會逐漸下降)，于是BQ24070的DPPM單元會檢測OUT引腳的電壓，當Vout電壓等于VDPPM設定值時，DPPM單元開始工作。

DPPM設置準則

　　通常設置一個正確的DPPM值是需要遵循如下要求：
　　1) VDPPM=系統(tǒng)最低工作電壓值＋0.5V，假如系統(tǒng)可以允許的最低工作電壓為3.3V，那么最低的電壓設置至少應在3.8V以上。
　　2) RDPPM值需在27K~36K±1%范圍。

　　RDPPM 計算公式：

　　RDPPM = VDPPM/ (IDPPM×SF)
　　其中VDPPM為預設值，例如3.8V
　　IDPPM＝100mA
　　SF＝1.15

DPPM其他功能(可用于單獨關斷充電管理單元操作)

　　當交流適配器或者USB電源在位時，通過將DPPM引腳懸浮，可以達到單獨關斷充電管理單元的目的，不影響其他單元工作，交流適配器依然向系統(tǒng)供電，但是在此模式下DPPM功能被關斷，所以如果適配器電流不足以供給系統(tǒng)，需要從電池中抽取電流補充到系統(tǒng)中時，電池向系統(tǒng)供電的閾值取決于OUT引腳電壓是否跌落在電池電壓以下，如果Vout電壓低于Vbattery電壓，則電池開始向系統(tǒng)供電。

入口電源和充電模式選擇

　　當MODE引腳=1時，選擇交流適配器模式為電池充電，同時從適配器中抽取電流給系統(tǒng)供電。
　　當MODE引腳=0時，選擇USB電源模式為電池充電，同時從USB電源中抽取電流給系統(tǒng)供電。
　　當USB電源和適配器電源都不在位時，自動選取電池作為系統(tǒng)的供電電源。

充電電流設置

　　當電池電壓低于典型值3V，芯片開始：預充(Vbat<3.0V)－恒流(Vbat>3.0V)－恒壓(Vbat接近4.2V)－涓充(Vbat=4.2V)全系列過程。
　　當電池電壓低于4.1V但是大于3V時，芯片自動進入：恒流－恒壓－涓充過程。
　　當充電電流小于中止時充電電流ITERM設定值時，充電過程結束。
　　1)交流適配器輸入模式(MODE引腳＝High)，通過設定ISET1引腳對地的電阻阻值實現。
　　快充電流設置：
　　ICHG＝VSET×KSET/RSET
　　其中當ISET2引腳=High，VSET=2.5V；當ISET2引腳=Low，VSET=1.25V；KSET=425
　　預充充電電流：
　　IPRECHG=(VPRECHG×KSET)/RSET