Kurze Analyse des linearen Ladungsmanagement-Chips BQ2057 für Lithiumbatterien und seiner Anwendung

1. Einleitung

Die BQ2057-Serie ist ein fortschrittlicher lithium-batterielade-Management-Chip der TI Company of America. Der Chip der Serie BQ2057 eignet sich für das Aufladen von Lithiumionen (Li-Ionen) und Lithiumpolymer (Li-Pol) mit einteiligen (4,1 V oder 4,2 V) oder doppelten (8,2 V oder 8,4 V) Lithiumionen (Li-Ionen) und bietet optionale Pakete von MSOP, TSSOP und SOIC nach verschiedenen Anwendungen. Die Peripherieschaltung des Ladegeräts und seine Einfachheit eignen sich sehr gut für die kompakte Bauweise tragbarer elektronischer Produkte. Der BQ2057 kompensiert dynamisch den Innenwiderstand des lithium-akkus, um die Ladezeit zu verkürzen. Mit der optionalen Überwachung der Batterietemperatur erfasst der Batterietemperatursensor kontinuierlich die Batterietemperatur. Wenn die Batterietemperatur den eingestellten Bereich überschreitet, schaltet der BQ2057 die Batterie aus. Das interne integrierte Konstantspannungs-Konstantstromgerät verfügt über eine High / Low-Side-Stromerfassung und einen programmierbaren Ladestrom. Die Erkennung des Ladestatus kann über die Ausgangs-LED-Anzeige oder die Schnittstelle zum Hauptregler erfolgen, mit automatischem Aufladen, minimalem Strom zum Stoppen des Ladevorgangs, geringem Energiesparmodus und anderen Eigenschaften.

2. Funktionen und Merkmale

2.1 Gerätepaket und Modellauswahl

Die Ladechips der BQ2057-Serie sind in verschiedenen Paketen und Modellen erhältlich, um die Designanforderungen zu erfüllen. Das Paket ist in Abbildung 2-1 dargestellt. Es ist in MSOP-, TSSOP- und SOIC-Paketen verfügbar. Das Modell ist in Tabelle 2-1 dargestellt. Es gibt vier Arten von Signalen, BQ2057, BQ2057C, BQ2057T und BQ2057W, die zum Laden von 4,1 V, 4,2 V, 8,2 V bzw. 8,4 V geeignet sind.

Die Pin-Funktionen des BQ2057 werden wie folgt beschrieben:

VCC (Pin 1): Betriebsleistungseingang;

TS (Pin 2): Temperaturerfassungseingang zur Erfassung der Temperatur des Akkus;

STAT (Pin 3): Ladestatusausgang, einschließlich: drei Ladezustände, Ladevorgang und Temperaturfehler;

VSS (Pin 4): Eingang zur Betriebsstromversorgung;

CC (Pin 5): Ladesteuerungsausgang;

COMP (Pin 6): Eingang zur Kompensation der Laderate;

SNS (Pin 7): Ladestromerfassungseingang;

BAT (Pin 8): Eingang der Lithiumbatteriespannung;

2.2 Ladestatusfluss

Das Laden des BQ2057 ist in drei Phasen unterteilt: Vorladezustand, Konstantstromladung und Konstantspannungsladephase.

2.2.1 Vorladephase

Nach dem Einlegen der Batterie und dem Hinzufügen von Strom überprüft der BQ2057 zunächst die Arbeitsspannung VCC. Wenn die Arbeitsspannung zu niedrig ist, wechselt das Ladegerät in den Ruhemodus. Wenn die Arbeitsspannung normal ist, prüfen Sie, ob die Batterietemperatur innerhalb des eingestellten Bereichs liegt. Wenn nicht, geben Sie die Temperatur ein. Fehlermodus, sonst wird die Batteriespannung VBAT erkannt. Wenn die Batteriespannung VBAT niedriger als die Niederspannungsschwelle V (min) ist, lädt der BQ2057 die Batterie mit einem konstanten Strom IREG 10% Strom IPRE vor.

2.2.2 Konstantstromladung

Wenn die Batterie vorgeladen ist oder die Batteriespannung VBAT niedriger als die konstante Spannung VREG ist, tritt der BQ2057 in einen Konstantstrom-Ladezustand ein. Zu diesem Zeitpunkt wird der Ladestrom durch den Spannungsabfall über dem externen Messwiderstand RSNS überwacht, der die High / Low-Side-Verbindungsmodus, RSNS wird bei der High-Side-Stromerkennung zwischen VCC- und SNS-Pins angeschlossen. RSNS wird bei der Low-Side-Stromerkennung zwischen VSS- und SNS-Pins angeschlossen.

2.2.3 Konstantspannungsladung

Wenn die Ladespannung die konstante Spannung VREG erreicht, tritt sie in den Ladezustand der konstanten Spannung ein. BQ2057 überwacht die Batteriepackspannung über VBAT- und VSS-Pins. Wenn der Ladestrom die Abschlussschwelle I (TERM) erreicht, stoppt er den Ladevorgang. Wenn die Batteriespannung niedriger als die Ladeschwellenspannung V (RCH) ist, beginnt sie automatisch mit dem Aufladen. BQ2057 kann nicht nur eine Standardspannungsladung von 4,1 V, 4,2 V, 8,2 V und 8,4 V realisieren, sondern auch eine nicht standardmäßige Spannungsladung durch Teilspannung realisieren. Das Verfahren besteht darin, den durch den Teilspannungswiderstand realisierten Batteriepartialspannungswert als Eingang des BAT-Pins zu verwenden.

2.3 Überwachung der Batterietemperatur

Der BQ2057 überwacht kontinuierlich die Temperatur des Akkus, indem er die Spannung zwischen den Pins TS und VSS misst. Der üblicherweise verwendete Thermistor wird als Temperatursensor verwendet und von einem Spannungsteilerwiderstand implementiert, wie in Abbildung 3-1 dargestellt. Der Widerstand des Spannungsteilungswiderstands kann anhand der Parameter berechnet werden. BQ2057 vergleicht diese Spannung mit den internen Schwellenspannungen V (TS1) und V (TS2), um festzustellen, ob das Laden zulässig ist. Da der externe Partialdruck und die interne Grenzspannung alle auf VCC bezogen sind, wird die Temperaturerfassungsschaltung nicht durch die Schwankung der Arbeitsstromversorgung VCC beeinflusst. Wenn der TS-Pin mit VCC oder VSS verbunden ist, kann die Ladefunktion des BQ2057 deaktiviert werden.

2.4 Ladestatusanzeige

Der BQ2057 meldet den aktuellen Ladezustand über den Drei-Zustands-Pin STAT: Ladezustand hoch, Ladung vollständig niedrig, Temperaturfehler oder Schlafzustand hochohmig. Wenn der STAT-Pin mit dem Single-LED- oder Dual-LED-Rückwärtsverbindungsmodus verbunden ist, kann die LED-Anzeige des Ladezustands realisiert werden, und der STAT-Port kann auch mit dem Instrumenten-Mikrocontroller verbunden werden, und der Mikrocontroller realisiert ein intelligentes Instrumentenmanagement durch Identifizieren drei Zustände des STAT-Ports.

3. Typisches Design der Ladeschaltung

Die mit BQ2057 entwickelte Ladeschaltung ist einfach und kann in großem Umfang bei der Energieverwaltung aktueller tragbarer elektronischer Systeme verwendet werden, was für das kompakte Design tragbarer elektronischer Produkte sinnvoll ist.

Die von BQ2057 entwickelte Ladeschaltung für Lithiumbatterien kann das Laden von einer oder zwei Lithiumbatterien realisieren. Die Arbeitsleistung DC + wird entsprechend der Spannung der wiederaufladbaren Lithiumbatterie ausgewählt. Die empfohlene Arbeitsspannung beträgt 4,5 V ~ 18 V. Die positive Spannung des Akkus beträgt PACK + BAT. Der Pin und der TS-Pin erfassen den Spannungsteilungswert des Thermistors NTC des Batteriepacks über den Spannungsteilungswiderstand, um festzustellen, ob die Temperatur normal ist. Der BQ2057 kann so ausgelegt werden, dass er von einem PNP-Transistor oder einem P-Kanal-MOSFET geladen wird, und sollte bei Auswahl ausgewählt werden. Der Stromverbrauch sollte bei der Auswahl erfüllt sein.

4. Fazit

In unserem tragbaren elektronischen Instrument haben wir uns für den 7,2-V-lithium-ionen-akku-Ladekreis des BQ2057W-Chip-Design-Instruments entschieden. Die Ladeschaltung ist sehr einfach. Der gesamte Ladevorgang und die Statusanzeige werden allein vom BQ2057 realisiert. Das gesamte Power-Management-Modul ist einfach und zuverlässig. Die Ladeschaltung ist für das Design elektronischer Systeme mit Anforderungen an das Laden von Lithiumbatterien von Nutzen.

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