電(diàn)池充電(diàn)器简介

2021-08-26

電(diàn)池充電(diàn)器简介

首先，我回顾了 Microchip MCP73831，它使用(yòng)简单，而且是一块很(hěn)好的電(diàn)池。接下来，我将回顾德州仪器BQ24092，这是一款稍微先进的電(diàn)池充電(diàn)器。

最后，我们将看看一个明显更复杂的電(diàn)池充電(diàn)器，德州仪器 BQ24703。

前两个充電(diàn)器（MCP73831 和 BQ24092）都是線(xiàn)性充電(diàn)器，而 BQ24703 是开关模式降压充電(diàn)器。

MCP73831

我要回顾的第一个電(diàn)池充電(diàn)器是 Microchip MCP73831。该電(diàn)池充電(diàn)器旨在為(wèi)单节電(diàn)池充電(diàn)，适用(yòng)于锂离子或锂聚合物(wù)電(diàn)池。

图 1——使用(yòng) MCP73831 的典型应用(yòng)的原理(lǐ)图。

单节锂電(diàn)池输出约3.6V。所以如果你看到额定输出電(diàn)压為(wèi)7.2V的锂電(diàn)池，那么它就是由两节電(diàn)池串联而成。如果電(diàn)池電(diàn)压為(wèi) 14.4 V，则為(wèi) 4 芯電(diàn)池组。

為(wèi)了给多(duō)节電(diàn)池组充電(diàn)，您必须有(yǒu)一个大于電(diàn)池充電(diàn)電(diàn)压的输入電(diàn)源電(diàn)压，或者您需要一个能(néng)够产生高于输入電(diàn)源的充電(diàn)電(diàn)压的开关模式升压充電(diàn)器。

锂電(diàn)池充電(diàn)的三个阶段

锂電(diàn)池充電(diàn)分(fēn)為(wèi)三个阶段：预充電(diàn)阶段、快速充電(diàn)阶段和充電(diàn)终止阶段。

在预充電(diàn)或快速充電(diàn)时，充電(diàn)器会调节进入電(diàn)池的電(diàn)流量。但在充電(diàn)终止期间，充電(diàn)器会调节流入電(diàn)池的電(diàn)压，同时测量流入電(diàn)池的電(diàn)流。

图 2 – 可(kě)充電(diàn)锂電(diàn)池的充電(diàn)阶段（图表来自德州仪器 BQ24092 数据表）

1 – 预充電(diàn)阶段

第一阶段是预充電(diàn)阶段，也称為(wèi)涓流阶段。在此阶段，電(diàn)池充電(diàn)器仅向電(diàn)池发送少量電(diàn)流（涓流充電(diàn)）。如果检测到電(diàn)池，充電(diàn)器将开始充電(diàn)过程。

涓流充電(diàn)是完全充電(diàn)電(diàn)流的一小(xiǎo)部分(fēn)。此阶段的目标是将電(diàn)池充電(diàn)到某个点，以便在后续阶段快速充電(diàn)（见下文(wén)）。

当電(diàn)池高度放電(diàn)且電(diàn)压低于特定阈值时，充電(diàn)器会自动进入预充電(diàn)阶段。

一旦开始预充電(diàn)，充電(diàn)器就会监控電(diàn)池電(diàn)压，直到达到预充電(diàn)電(diàn)压阈值。

预充電(diàn)電(diàn)压阈值是您负责编程的最大充電(diàn)電(diàn)流的预定义百分(fēn)比。

一旦電(diàn)池電(diàn)压超过预充電(diàn)電(diàn)压阈值，電(diàn)池充電(diàn)器进入快速充電(diàn)阶段。

2 – 快速充電(diàn)阶段

快速充電(diàn)阶段，也称為(wèi)恒流阶段，调节进入電(diàn)池的電(diàn)流量。

预充電(diàn)和快速充電(diàn)電(diàn)流均由 MCP73831 的 PROG 引脚上的单个電(diàn)阻器设置。

恒流用(yòng)于给電(diàn)池充電(diàn)，根据您选择的最大充電(diàn)電(diàn)流进行调节。

对于 MCP73831，最大充電(diàn)電(diàn)流是通过在编程引脚和地之间连接一个電(diàn)阻来设置的（见图 1）。您可(kě)以选择从 15 mA 一直到 500 mA 的充電(diàn)電(diàn)流。

一旦電(diàn)池在这个快速充電(diàn)阶段接近充電(diàn)，它就会切换到充電(diàn)终止阶段。

3 – 充電(diàn)终止阶段

充電(diàn)的最后阶段称為(wèi)充電(diàn)终止阶段或恒压阶段。在此阶段，電(diàn)池充電(diàn)器切换到電(diàn)压控制模式，在此模式下，它会调节流入電(diàn)池的電(diàn)压而不是電(diàn)流。

虽然電(diàn)池的電(diàn)压是被调节的，但充電(diàn)器通过测量充電(diàn)電(diàn)流来监控充電(diàn)过程。

一旦電(diàn)压控制模式下的充電(diàn)電(diàn)流降至编程電(diàn)流的预定百分(fēn)比以下，充電(diàn)器就会知道電(diàn)池已充满電(diàn)，充電(diàn)过程将终止。

充電(diàn)周期完成后，電(diàn)池充電(diàn)器将继续监测電(diàn)池電(diàn)压。如果電(diàn)池電(diàn)压低于预设的再充電(diàn)阈值，充電(diàn)器将启动新(xīn)的充電(diàn)周期，整个过程重复。

您会注意到图 2 中的图表还有(yǒu)一个称為(wèi)热调节的第四阶段。然而，只有(yǒu)在功耗足够高以至于充電(diàn)器的内部温度超过 125C 时，这个阶段才会发挥作用(yòng)。

如果系统设计為(wèi)充電(diàn)器永遠(yuǎn)不会达到此温度，则不会进入热调节阶段。我在下面的功耗部分(fēn)更详细地讨论了这一点。

设置快速充電(diàn)電(diàn)流

MCP73831 的快速充電(diàn)電(diàn)流由放置在编程引脚（PROG）上的電(diàn)阻器设置為(wèi)接地。快速充電(diàn)電(diàn)流由以下公式计算：

充電(diàn)電(diàn)流 = 1,000 / 電(diàn)阻（公式 1）

例如，如果電(diàn)阻器是 2,000 欧姆的電(diàn)阻器，则快速充電(diàn)電(diàn)流将计算為(wèi)：

充電(diàn)電(diàn)流 = 1,000 / 2,000 = 0.5 A = 500 mA（公式 2）

请注意，500mA 是此充電(diàn)器的最大充電(diàn)電(diàn)流。如果改用(yòng) 4,000 欧姆電(diàn)阻，则最大充電(diàn)電(diàn)流仅為(wèi) 250 mA。

准确的快速充電(diàn)電(diàn)流设置将取决于電(diàn)池容量和外部電(diàn)压源可(kě)提供的最大電(diàn)流。

给锂電(diàn)池充電(diàn)时，最大充電(diàn)速率通常应為(wèi) 1 C，这意味着：

充電(diàn)電(diàn)流 = 1 x 電(diàn)池容量（公式 3）

例如，如果您有(yǒu) 500 mAh 的電(diàn)池，则 1 C 的充電(diàn)速率為(wèi) 500 mA。如果您有(yǒu) 150 mAh 電(diàn)池，则 1 C 充電(diàn)速率将為(wèi) 150 mA。

锂電(diàn)池的绝对最大充電(diàn)電(diàn)流通常為(wèi) 2 C。因此，如果您有(yǒu) 150 mAh 電(diàn)池，那么绝对最大充電(diàn)電(diàn)流将為(wèi) 300 mAh。

虽然某些電(diàn)池有(yǒu)可(kě)能(néng)达到如此高的充電(diàn)率，但您通常希望坚持 1 C 的充電(diàn)率，除非電(diàn)池指定可(kě)以以更高的充電(diàn)率充電(diàn)。

您还需要考虑外部電(diàn)源可(kě)以提供的最大電(diàn)流。您需要设计系统，使输入電(diàn)流永遠(yuǎn)不会超过外部電(diàn)源的最大额定電(diàn)流。

对于線(xiàn)性充電(diàn)器，来自外部電(diàn)源的输入電(diàn)流基本上等于快速充電(diàn)電(diàn)流设置。

然而，对于开关稳压器，输入電(diàn)源電(diàn)流与进入電(diàn)池的快速充電(diàn)電(diàn)流有(yǒu)很(hěn)大不同。

对于降压充電(diàn)器，输入電(diàn)流将小(xiǎo)于電(diàn)池電(diàn)流，但对于升压充電(diàn)器，它将高于電(diàn)池電(diàn)流。

功耗

在使用(yòng)電(diàn)池充電(diàn)器时，務(wù)必牢记功耗，尤其是像 MCP73831 这样的線(xiàn)性充電(diàn)器。線(xiàn)性充電(diàn)器在某些情况下效率不高，充電(diàn)器不会过热至关重要。否则，充電(diàn)電(diàn)流将自动降低到所需水平以下，以防止温度超过最大值。

線(xiàn)性充電(diàn)器（或線(xiàn)性稳压器）的功耗基于以下因素确定：

负载電(diàn)流量

从输入到输出的電(diàn)压差

负载電(diàn)流或電(diàn)压差越高，功率越高（记住：功率 = 電(diàn)压 x 電(diàn)流）。

从预充電(diàn)阶段过渡到快速充電(diàn)阶段时，通常会出现最大功耗和过热的可(kě)能(néng)性。

此时，電(diàn)池電(diàn)压处于最低点，因此充電(diàn)器两端的電(diàn)压差最大，并且在快速充電(diàn)模式下電(diàn)流也最大。这是電(diàn)压差和负载電(diàn)流都达到最大值的点。

当从预充電(diàn)过渡到快速充電(diàn)时，MCP738 可(kě)提供不同的電(diàn)池電(diàn)压阈值设置点。例如，假设该阈值為(wèi) 70%。这意味着当電(diàn)池電(diàn)压达到稳压输出電(diàn)压的 70% 时，充電(diàn)器将切换到快速充電(diàn)模式。

对于3.6V的锂電(diàn)池，恒压模式下的稳压充電(diàn)電(diàn)压為(wèi)4.2V，其中70%约為(wèi)3V，因此電(diàn)池在从预充到快充过渡时会处于3V。

请注意，MCP73831 提供 4 种不同的稳压充電(diàn)電(diàn)压：4.2 V、4.35 V、4.4 V 和 4.5 V。

假设我们从 USB 端口充電(diàn)，该端口提供 5 V 的電(diàn)压。因此，在快速充電(diàn)阶段开始时，输入端為(wèi) 5 V，输出端為(wèi) 3 V。这相当于 2 V 差分(fēn)。

如果快速充電(diàn)電(diàn)流设置為(wèi) 500mA，则充電(diàn)器在此转换时将消耗 1 W 的功率。

您可(kě)以查阅充電(diàn)器的数据表以确定 Theta-JA 额定值。这通常列在“热特性”或“温度规格”下。Theta-JA 将以 C/watt 报告。

图 3——MCP73831 数据表中的热规格。

要确定您的充電(diàn)器会发热多(duō)少，请使用(yòng)以下公式：

温度增益 = 耗散瓦数 x Theta-JA       （公式 4）

该等式告诉您组件将加热到高于环境空气温度的程度。要获得绝对温度，您仍必须将环境空气温度添加到等式 4 中。

例如，如果计算温度增益為(wèi) 50 C，而环境空气温度為(wèi) 40 C，则组件将处于 90 C。

大多(duō)数電(diàn)子元件的额定温度最高為(wèi) 125 C。始终避免超过此温度，否则充電(diàn)器会根据需要降低充電(diàn)電(diàn)流，以将温度保持在 125 C 以下。

封装类型：SOT 23 与 DFN

MCP738 有(yǒu)两种封装，包括有(yǒu)铅 SOT-23 封装和无铅 DFN 封装。DFN 的热特性明显优于 SOT-23。

图 4——MCP73831 的两种可(kě)用(yòng)封装。

SOT-23： SOT-23 的 Theta-JA 额定值為(wèi) 230 C/watt。因此，如果充電(diàn)器消耗 1 瓦的功率，它会升温 230 C。如果您假设您处于室温 (25 C)，充電(diàn)器实际上会加热到 255 C。

这肯定会触发热调节阶段，从而降低充電(diàn)電(diàn)流以确保充電(diàn)器温度保持在 125C 以下。SOT-23 封装只应选择用(yòng)于低功率应用(yòng)。

东风网。另一方面，DFN 封装的 Theta-JA 仅為(wèi) 76 C。因此，对于每 1 瓦功率，产品只会加热 76 C。同样，假设您处于室温，产品是将加热到 101 C。这低于 125 C 阈值，比 SOT-23 好得多(duō)。

因此对于具有(yǒu)高功耗要求的应用(yòng)，DFN 封装是最佳选择。

选择線(xiàn)性充電(diàn)器以满足所需功率要求的关键标准包括封装（考虑 Theta-JA 规范）、耗散的功率以及产品将在其中运行的最高环境温度。

使用(yòng)开关充電(diàn)器，过热不再是一个问题，因為(wèi)它们往往更节能(néng)，而且通常不会耗散大量功率。

保护您的電(diàn)池

您可(kě)能(néng)知道也可(kě)能(néng)不知道，锂電(diàn)池的挥发性很(hěn)强。如果您对它们充電(diàn)过多(duō)或短路，它们可(kě)能(néng)会着火或爆炸。

你们都可(kě)能(néng)听说过三星 Galaxy 手机不断着火。出于这个原因，在使用(yòng)这些電(diàn)池时要考虑保护非常重要。

图 5 – 如果没有(yǒu)适当的保护，可(kě)充電(diàn)锂電(diàn)池可(kě)能(néng)会着火或爆炸。

在保护方面，您可(kě)以采取两种选择：

选项 1：选择具有(yǒu)内置保护功能(néng)的電(diàn)池。我几乎总是建议您使用(yòng)内置保护功能(néng)的電(diàn)池，至少在最初是这样。

例如，如果您看一下锂聚合物(wù)電(diàn)池，它们中的许多(duō)都会在一些胶带（通常是金色）下面有(yǒu)一个微型電(diàn)路板，该胶带位于引線(xiàn)出来的顶部。

那个電(diàn)路板已经内置了，它是保护電(diàn)池的东西。它可(kě)以防止过度充電(diàn)或短路。

图 6 – 我建议您最初坚持使用(yòng)已经内置必要保护 PCB 的锂電(diàn)池。

选项#2：自己设计保护措施。您可(kě)以将保护单独设计為(wèi)您自己产品的一部分(fēn)或在您自己的電(diàn)路板上。但是，我通常不建议一开始这样做。

如果您的電(diàn)路工作不正常，当您试图让電(diàn)路工作时，您就有(yǒu)電(diàn)池爆炸的风险。

我几乎总是建议坚持使用(yòng)内置了这种保护的電(diàn)池。这样你就不必担心了。

MCP73831 摘要：

最大充電(diàn)電(diàn)流限制為(wèi) 500 mA

仅限单节充電(diàn)器

線(xiàn)性充電(diàn)器（相对于开关模式充電(diàn)器）

总共只有(yǒu)五个引脚

单状态输出引脚

用(yòng)于设置各种充電(diàn)電(diàn)流的单引脚

无法监控電(diàn)池温度

德州仪器 BQ24092

与MCP73831类似，BQ24092是一款用(yòng)于為(wèi)单个锂電(diàn)池充電(diàn)的線(xiàn)性電(diàn)池充電(diàn)器。MCP73831 只有(yǒu) 5 个有(yǒu)源引脚，而 BQ24092 有(yǒu) 9 个有(yǒu)源引脚。

额外的引脚之一允许您独立编程预充電(diàn)和充電(diàn)终止電(diàn)流与快速充電(diàn)電(diàn)流分(fēn)开。

另一个附加引脚提供状态输出，指示存在足够的输入電(diàn)源電(diàn)压。另一个管脚监控電(diàn)池温度，最后一个额外的管脚是 USB 应用(yòng)的充電(diàn)電(diàn)流覆盖功能(néng)。

我们很(hěn)快就会更深入地研究所有(yǒu)这些额外的引脚。

图 7 – Texas Instruments BQ24092 電(diàn)池充電(diàn)器的典型应用(yòng)图。

更高的快速充電(diàn)電(diàn)流

BQ24092 和 MCP73831 之间的一大差异是最大充電(diàn)電(diàn)流。使用(yòng) MCP73831，您可(kě)以将快速充電(diàn)電(diàn)流设置為(wèi) 15 mA 至 500 mA。

使用(yòng) BQ24092，您可(kě)以在 10 mA 和 1,000 mA 之间设置充電(diàn)電(diàn)流。充電(diàn)電(diàn)流通过连接到 ISET 引脚的電(diàn)阻设置。

由于 BQ24092 具有(yǒu)更高的最大充電(diàn)電(diàn)流，因此在為(wèi)较大的電(diàn)池充電(diàn)时使用(yòng)尤其有(yǒu)利。

如前所述，您通常希望以 1 C 的速率為(wèi)锂電(diàn)池充電(diàn)。

例如，如果您有(yǒu)一个 500 毫安时的電(diàn)池，您希望以 500 毫安的最大充電(diàn)電(diàn)流為(wèi)其充電(diàn)。另一方面，如果您有(yǒu) 1000 毫安时的電(diàn)池，那么您希望以 1000 毫安的最大電(diàn)流為(wèi)其充電(diàn)。

如果您使用(yòng)低于 1C 的充電(diàn)電(diàn)流，充電(diàn)过程将花(huā)费不必要的長(cháng)时间。由于我们都希望设备能(néng)够尽快充電(diàn)，因此您通常希望以電(diàn)池允许的最大速率充電(diàn)。

如果您使用(yòng)的是 500 mAh 電(diàn)池，那么与 MCP73831 相比，使用(yòng) BQ24092 不会有(yǒu)太大的好处。但是，如果您拥有(yǒu) 1,000mAh 的電(diàn)池，那么 BQ24092 的充電(diàn)速度是 Microchip 電(diàn)池充電(diàn)器的两倍。

预充電(diàn)和充電(diàn)终止電(diàn)流

為(wèi)了快速查看，您通常需要為(wèi)電(diàn)池充電(diàn)器编程三种不同的充電(diàn)電(diàn)流水平：

预充電(diàn)電(diàn)流。这也称為(wèi)预处理(lǐ)充電(diàn)電(diàn)流或涓流充電(diàn)電(diàn)流。如果電(diàn)池高度放電(diàn)，它是一种低電(diàn)流，可(kě)以对電(diàn)池进行预充電(diàn)。您不能(néng)（或不应该）立即开始对電(diàn)量耗尽的锂電(diàn)池进行快速充電(diàn)。将此预处理(lǐ)阶段视為(wèi)类似于在寒冷的冬日驾驶汽車(chē)之前预热汽車(chē)的发动机。

快速充電(diàn)電(diàn)流。一旦電(diàn)池达到一定的充電(diàn)水平，通常约為(wèi)完全充電(diàn)的 10%，然后充電(diàn)将转换為(wèi)快速充電(diàn)模式。这是充電(diàn)電(diàn)流最大的时候。

终止電(diàn)流。充電(diàn)器输出稳压電(diàn)压并监控流入電(diàn)池的充電(diàn)電(diàn)流。一旦充電(diàn)電(diàn)流低于某个阈值（称為(wèi)终止阈值），则认為(wèi)電(diàn)池已充满電(diàn)，充電(diàn)过程停止。

MCP73831 使用(yòng)单个電(diàn)阻器来设置预充電(diàn)電(diàn)流、快速充電(diàn)電(diàn)流和充電(diàn)终止電(diàn)流。

这可(kě)能(néng)会有(yǒu)些限制，因此 BQ24092 提供了两个单独的引脚用(yòng)于对充電(diàn)電(diàn)流进行编程。一个引脚设置快速充電(diàn)電(diàn)流，另一个引脚设置预充電(diàn)和充電(diàn)终止電(diàn)流。

USB充電(diàn)電(diàn)流覆盖功能(néng)

BQ24092 还具有(yǒu)一个称為(wèi) ISET2 的特殊输入引脚，允许您针对基于 USB 的充電(diàn)应用(yòng)覆盖已编程的充電(diàn)電(diàn)流。

当 ISET2 引脚為(wèi)高電(diàn)平时，充電(diàn)電(diàn)流设置為(wèi) 500 mA。当此引脚悬空时，充電(diàn)電(diàn)流降至仅 100 mA。当 ISET2 引脚被拉低时，使用(yòng)编程的充電(diàn)電(diàn)流。

计算机上的 USB 端口（在 USB 行话中称為(wèi)标准下游端口或 SDP）最多(duō)可(kě)以提供 500 mA 的電(diàn)流。

在最初的 USB 规范中，设备必须向主机请求许可(kě)（通过称為(wèi)枚举的过程）才能(néng)提取 500 mA。如果没有(yǒu)列举，最大允许電(diàn)流仅為(wèi) 100 mA。

许多(duō)设备（尤其是電(diàn)池没電(diàn)的设备）没有(yǒu)发现 100 mA 甚至不足以启动枚举过程。因此，USB 规范在 2013 年进行了更新(xīn)，以允许高达 500 mA 的電(diàn)流而无需枚举。

BQ24092 在 USB 规范更新(xīn)之前发布，因此它為(wèi) USB 功能(néng)提供 100 mA 设置，即使该電(diàn)流水平不再用(yòng)于 USB。

電(diàn)源良好引脚

MCP73831 和 BQ24092 都有(yǒu)一个引脚，可(kě)点亮 LED 以指示充電(diàn)正在进行中。该引脚还可(kě)以用(yòng)作馈入微控制器的输出引脚，允许微控制器监控充電(diàn)过程。

在 MCP73831 充電(diàn)器上，此引脚称為(wèi) STAT 引脚，而在 BQ24092 上称為(wèi) CHG 引脚。

然而，与 MCP73831 不同的是，BQ24092 也有(yǒu)一个電(diàn)源良好引脚（PG）。该引脚指示（通过 LED 或 I/O 引脚连接到微控制器）為(wèi)充電(diàn)器供電(diàn)的電(diàn)源高于指定的可(kě)接受電(diàn)压阈值。

PG 功能(néng)是有(yǒu)益的，因為(wèi)如果没有(yǒu)合适的输入電(diàn)压供应，许多(duō)组件将出现错误行為(wèi)。

電(diàn)池温度感应

与 MCP73831 相比，BQ24092 的另一个重要优势是它包含一个温度检测引脚。这允许充電(diàn)器监控電(diàn)池温度，并根据需要调整充電(diàn)電(diàn)流以防止電(diàn)池过热。

有(yǒu)四个電(diàn)池温度阈值：60°C、45°C、10°C 和 0°C。正常充電(diàn)发生在 10°C 和 45°C 之间。

如果電(diàn)池温度在 0°C 到 10°C 之间，则快速充電(diàn)電(diàn)流减少一半。如果温度在 45°C 和 60°C 之间，最大调节電(diàn)压会降低到 4.1 V。如果電(diàn)池温度高于 60°C 或低于 0°C，则充電(diàn)器被禁用(yòng)。

德州仪器 BQ24703

我特别兴奋地回顾 BQ4703 電(diàn)池充電(diàn)器，因為(wèi)这恰好是我多(duō)年前在德州仪器担任设计工程师时為(wèi)德州仪器设计的充電(diàn)器。

这个電(diàn)池充電(diàn)器比我们看到的前两个要复杂得多(duō)，但本文(wén)将一步一步地介绍它。

我们将首先考虑将这款充電(diàn)器与前两款充電(diàn)器區(qū)别开来的一些主要因素。然后，我们将回顾典型的应用(yòng)示意图。

开关稳压器

与相对不太复杂的 MCP73831 和 BQ24092 相比，BQ24703 具有(yǒu)许多(duō)附加功能(néng)。然而，使这款充電(diàn)器与众不同的第一件事是它是一个开关充電(diàn)器。

正如我所提到的，線(xiàn)性充電(diàn)器（如 MCP73831 和 BQ24092）会浪费大量功率，尤其是在输入電(diàn)压遠(yuǎn)高于输出電(diàn)压的情况下。

这种浪费的功率会以热量的形式消散。如果温度过高，充電(diàn)器会被迫降低充電(diàn)電(diàn)流，以防止充電(diàn)器过热。发生这种情况时，電(diàn)池将需要更長(cháng)的时间来充電(diàn)。

与線(xiàn)性稳压器一样，当输入電(diàn)压明显高于输出電(diàn)压时，線(xiàn)性充電(diàn)器会浪费更多(duō)功率。

旁注：線(xiàn)性充電(diàn)器实际上只是一个具有(yǒu)调节電(diàn)压或電(diàn)流能(néng)力（取决于充電(diàn)阶段）的線(xiàn)性稳压器，因此许多(duō)相同的基本概念适用(yòng)于两者。开关模式稳压器和开关模式充電(diàn)器也是如此。

有(yǒu)两种类型的开关充電(diàn)器，降压型和升压型（就像开关稳压器一样）。

降压稳压器采用(yòng)较高的電(diàn)压并将其降压至较低的電(diàn)压，而升压型稳压器采用(yòng)较低的電(diàn)压并将其升至较高的電(diàn)压。

BQ24703 是一款降压开关模式充電(diàn)器。因此，输入電(diàn)压需要高于它试图充電(diàn)的電(diàn)池電(diàn)压。当您的输入電(diàn)压和输出電(diàn)压之间存在较大的電(diàn)压差时，这种类型的充電(diàn)器与線(xiàn)性充電(diàn)器相比尤其有(yǒu)益。

例如，假设您的输入電(diàn)源為(wèi) 12 V，但您的電(diàn)池仅為(wèi) 3.7 V 锂電(diàn)池。在此应用(yòng)中，像 BQ24703 这样的降压开关充電(diàn)器浪费的功率要比線(xiàn)性充電(diàn)器少得多(duō)。

它还可(kě)以更快地為(wèi)電(diàn)池充電(diàn)，因為(wèi)它将能(néng)够保持快速充電(diàn)模式并使用(yòng)指定的最大電(diàn)流為(wèi)電(diàn)池充電(diàn)，因為(wèi)它不会进入热调节模式。

另一方面，如果输入電(diàn)压仅為(wèi) 5V（例如使用(yòng) USB 充電(diàn)器），那么線(xiàn)性充電(diàn)器可(kě)能(néng)更有(yǒu)意义。線(xiàn)性充電(diàn)器不那么复杂，需要的组件更少，而且更便宜，因此只有(yǒu)在真正需要时才使用(yòng)开关模式充電(diàn)器。

多(duō)节充電(diàn)器

多(duō)节電(diàn)池充電(diàn)器允许您将多(duō)节電(diàn)池串联起来以获得更高的输出電(diàn)压。

例如，多(duō)节電(diàn)池充電(diàn)器不仅可(kě)以使用(yòng)单个 3.7 V 電(diàn)池，还可(kě)以将两个 3.7 V 電(diàn)池堆叠起来，以创建一个 7.4 V 双节電(diàn)池。您甚至可(kě)以堆叠三个電(diàn)池以获得 11.1 V，依此类推。

图 8 – 输出電(diàn)压為(wèi) 7.4 V 的两节锂聚合物(wù)電(diàn)池组。

使用(yòng)線(xiàn)性充電(diàn)器或降压开关充電(diàn)器為(wèi)多(duō)个電(diàn)池充電(diàn)时，输入電(diàn)压必须高于您尝试充電(diàn)的電(diàn)池電(diàn)压。

解决此限制的方法是使用(yòng)升压开关充電(diàn)器，它可(kě)以采用(yòng)较小(xiǎo)的输入電(diàn)压并将其升压到更高的输出電(diàn)压。例如，这意味着使用(yòng)升压充電(diàn)器，您可(kě)以使用(yòng) 5V 電(diàn)源為(wèi) 2 节電(diàn)池组 (Vbat = 7.2 V) 充電(diàn)。

动态電(diàn)源管理(lǐ)

BQ24703 的另一个关键特性称為(wèi)动态電(diàn)源管理(lǐ) (DPM)。这意味着充電(diàn)器可(kě)以根据可(kě)用(yòng)電(diàn)流量动态改变電(diàn)池充電(diàn)電(diàn)流。

例如，假设您的 AC 适配器可(kě)以提供的最大電(diàn)流為(wèi) 1 A，并且您的系统在您尝试為(wèi)電(diàn)池充電(diàn)的同时吸收 400 mA 的電(diàn)流。然后 BQ24703 会自动将電(diàn)池充電(diàn)電(diàn)流设置為(wèi) 600 mA。

IBAT = IADPT – ISYS

IBAT = 電(diàn)池充電(diàn)電(diàn)流，IADPT = 墙上适配器電(diàn)流，ISYS = 系统電(diàn)流。

在同一个示例中，如果系统其余部分(fēn)所需的電(diàn)流突然减少到仅 200 mA，则 DPM 功能(néng)将分(fēn)配高达 800 mA 的電(diàn)流来為(wèi)電(diàn)池充電(diàn)。当然，只有(yǒu)将快速充電(diàn)设置為(wèi) 800 mA 或更高时才会发生这种情况。

DPM 允许電(diàn)池始终以最大可(kě)用(yòng)電(diàn)流充電(diàn)。系统使用(yòng)的電(diàn)流越小(xiǎo)，充電(diàn)器分(fēn)配给電(diàn)池充電(diàn)的電(diàn)流就越大。

系统选择开关

除了动态電(diàn)源管理(lǐ)，BQ24703 还集成了一个系统选择器开关。

这允许您手动或自动切换系统由交流适配器或電(diàn)池供電(diàn)。

例如，当您使用(yòng) AC 适配器為(wèi)您的产品供電(diàn)时，如果您突然拔掉它，那么 BQ24703 会自动将系统切换為(wèi)由電(diàn)池供電(diàn)。

然后，如果您将其重新(xīn)插入交流電(diàn)源插座，您还可(kě)以将其设置為(wèi)切换回交流電(diàn)源。

该功能(néng)通过两个由 BQ24703 控制的外部 MOSFET 开关实现。

示意图审查

接下来，我们将查看 BQ24703 数据表中的典型应用(yòng)原理(lǐ)图，以进一步深入研究该充電(diàn)器。

请参阅数据表第 10 页上的典型应用(yòng)图，下面的图 9 也显示了该图。

图 9 – Texas Instruments BQ24703 電(diàn)池充電(diàn)器的典型应用(yòng)图。

MOSFET：有(yǒu)几种不同的 MOSFET，包括 U1、U2 和 U3。所有(yǒu)这些都是 P-MOSFET。请注意，U1 未在图中标记，而是位于上述原理(lǐ)图的右下角。

U1 和 U2 执行系统选择器功能(néng)。当 U1 开启时，系统由電(diàn)池供電(diàn)，而当 U2 开启时，系统直接由交流适配器供電(diàn)。

U1 由 BATDRV 引脚驱动，U2 由 BQ24703 上的 ACDRV 引脚驱动。

这些开关称為(wèi)先断后合，这意味着一个开关在另一个开关打开之前关闭。这可(kě)确保两个开关永遠(yuǎn)不会同时打开，这会导致 AC 适配器電(diàn)压直接与電(diàn)池短路。

降压开关稳压器：标记為(wèi) U3 的 MOSFET 与二极管 D4 和電(diàn)感器 L1 一起构成了降压开关模式充電(diàn)器的核心電(diàn)路。U3 的栅极由 BQ24703 通过 PWM 引脚控制。

AC 适配器電(diàn)流 (ACP/ACN)：从 AC 适配器输入端断开的是電(diàn)阻器 R14，它是一个检测電(diàn)阻器。BQ24703 测量该電(diàn)阻器上的压降以确定交流适配器電(diàn)流。R13、R15 和 C3 都构成一个低通滤波器，因此可(kě)以从适配器電(diàn)流检测電(diàn)压中去除任何开关噪声。

这一切都允许充電(diàn)器测量从交流适配器拉出的電(diàn)流。这很(hěn)重要，以便充電(diàn)器知道如何动态管理(lǐ)功率 (DPM)，以及有(yǒu)多(duō)少電(diàn)流可(kě)用(yòng)于為(wèi)電(diàn)池充電(diàn)。

ACDET 引脚：还有(yǒu)一个 AC 检测引脚，用(yòng)作 AC 适配器检测。这只是一个通过電(diàn)阻分(fēn)压器连接到交流适配器電(diàn)压的引脚。它允许充電(diàn)器知道交流适配器是否存在。

如果您直接从 AC 适配器為(wèi)系统供電(diàn)并突然拔掉它，充電(diàn)器会检测到它已被拔掉，并自动切换到从電(diàn)池為(wèi)系统供電(diàn)。

IBAT 引脚： IBAT 引脚输出与電(diàn)池充電(diàn)電(diàn)流成正比的電(diàn)压。您可(kě)以将其输入到微控制器中的模数转换器 (ADC) 中，以监控為(wèi)電(diàn)池充電(diàn)的電(diàn)流。

VREF 引脚。VREF 引脚输出稳定的 5V，可(kě)用(yòng)作任何電(diàn)阻分(fēn)压器设置点或任何开漏输出上的上拉電(diàn)阻的准确参考電(diàn)压。

ACSEL： AC 选择引脚允许您手动选择是由 AC 适配器还是電(diàn)池為(wèi)系统供電(diàn)。

ALARM：如果检测到電(diàn)池電(diàn)量耗尽，则会生成警报条件。

ACPRES： AC 存在引脚是一个输出，它告诉您 AC 适配器是否存在。

SRSET 和 ACSET：这是您通过设置适配器電(diàn)流和電(diàn)池充電(diàn)電(diàn)流的電(diàn)阻分(fēn)压器设置的两个電(diàn)压。

VS：该引脚监控系统電(diàn)压，以实现我在系统选择器功能(néng)中提到的先断后合功能(néng)。

BATP：此引脚通过電(diàn)阻分(fēn)压器监控電(diàn)池上的输出電(diàn)压。这形成了调节充電(diàn)器输出電(diàn)压的反馈回路。

BATDEP：此引脚连接到另一个用(yòng)于電(diàn)池電(diàn)压的電(diàn)阻分(fēn)压器。用(yòng)于设置電(diàn)池電(diàn)压低于某个電(diàn)压（由分(fēn)压器中電(diàn)阻的比率设置）时发出警报。

COMP：如果反馈為(wèi)正，任何具有(yǒu)反馈回路的電(diàn)路都有(yǒu)可(kě)能(néng)成為(wèi)振荡器。连接到该引脚的 RC 网络有(yǒu)助于补偿该反馈环路，以防止意外振荡。

SRP/SRN：这两个引脚连接在一个检测電(diàn)阻上，用(yòng)于测量電(diàn)池充電(diàn)電(diàn)流。与交流适配器检测電(diàn)阻器一样，有(yǒu)一个低通滤波器（R19、R21 和 C8）可(kě)滤除任何开关噪声。

VHSP：这是一个内部電(diàn)压電(diàn)源引脚，它产生的電(diàn)压比交流适配器電(diàn)压低一个固定的伏特数。然后，该電(diàn)压用(yòng)于驱动具有(yǒu)固定栅极電(diàn)压的 P-FET。

如果 AC 适配器電(diàn)压高于 10.5 V，则 VHSP 将等于适配器電(diàn)压减去 10 V。例如，如果适配器電(diàn)压為(wèi) 12 V，则 VHSP 将為(wèi) 2 V。这样做是為(wèi)了确保 FET 不接收栅极驱动電(diàn)压高于它们的承受能(néng)力。