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BQ2057,单节(4.1V或4.2V)或双节(8.2V或8.4V)锂电池的充电

BQ2057】单节(4.1V或4.2V)或双节(8.2V或8.4V)锂电池的充电

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BQ2057 详细介绍
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BQ2057系列是美国TI公司生产的先进锂电池充电管理芯片,BQ2057系列芯片适合单节(4.1V或4.2V)或双节(8.2V或8.4V)锂离子(Li-Ion)和锂聚合物(Li-Pol)电池的充电需要,同时根据不同的应用提供了MSOP、TSSOP和SOIC的可选封装形式,利用该芯片设计的充电器外围电路及其简单,非常适合便携式电子产品的紧凑设计需要。BQ2057可以动态补偿锂电池组的内阻以减少充电时间,带有可选的电池温度监测,利用电池组温度传感器连续检测电池温度,当电池温度超出设定范围时BQ2057关闭对电池充电。内部集成的恒压恒流器带有高/低边电流感测和可编程充电电流,充电状态识别可由输出的LED指示灯或与主控器接口实现,具有自动重新充电、最小电流终止充电、低功耗睡眠等特性。
 

2.BQ2057功能及特性

2.1 器件封装及型号选择
BQ2057系列充电芯片为满足设计需要,提供了多种可选封装及型号,其封装形式如图2-1所示,有MSOP、TSSOP和SOIC三种封装形式。其型号如表2-1所示,有BQ2057、BBQ2057C、BQ2057T和BQ2057W四种信号,分别适合4.1V、4.2V、8.2V和8.4V的充电需要。

元件型号 充电电压
BQ2057 4.1V
BQ2057C 4.2V
BQ2057T 8.2V
BQ2057W 8.4V

2.2 充电状态流程
BQ2057的充电状态流程如图2-3所示,其充电曲线如图2-2所示,BQ2057的充电分为三个阶段:预充状态、恒流充电和恒压充电阶段。
 

锂电池充电曲线图 

2.2.1 预充阶段在安装好电池并加上电源后,BQ2057首先检查工作电压VCC,当工作电压过低时充电器进入睡眠模式,若工作电压正常,则检查电池温度是否在设定范围,若不正常则进入温度故障模式,否则检测电池电压VBAT,当电池电压VBAT低于低压门限V(min)时,BQ2057以恒流IREG10%的电流IPRE对电池预充电。
2.2.2 恒流充电
在完成对电池预充或电池电压VBAT低于恒压VREG时,BQ2057进入恒流充电状态,此时由外部的感测电阻RSNS上的压降监控充电电流,该电阻可采取高/低边的连接方式,在高边电流检测中RSNS接在VCC和SNS引脚间,在低边电流检测中RSNS接在VSS和SNS引脚间,如图2-4所示,通过SNS引脚获得充电电流的反馈,感测电阻由公式(1)计算:

其中IREG为预期的充电电流,VSNS可在BQ2057的电特性表中查得。

2.2.3 恒压充电

当充电电压达到恒压VREG时进入恒压充电状态。在整个工作温度和工作电压范围内,恒压精度高于±1%,BQ2057通过VBAT和VSS引脚监测电池组电压,当充电电流达到终止门限I(TERM)时停止充电,当电池电压低于重新充电门限电压V(RCH)时自动开始重新充电。BQ2057除了能实现标准的4.1V、4.2V、8.2V和8.4V电压充电外,还可以通过分压实现对非标准电压充电,其方法是用分压电阻实现的电池分压值作为BAT引脚的输入,如图2-4所示。

2.3 电池温度监测

BQ2057通过测量TS与VSS引脚间的电压实现对电池组温度的连续监测,常用热敏电阻作为温度传感器,并通过分压电阻实现,如图3-1所示。分压电阻的阻值可根据参数计算。BQ2057将该电压与内部的V(TS1)和V(TS2)门限电压比较以决定是否允许充电。由于外部分压及内部门限电压均以VCC为参考,保证了温度检测电路不受工作电源VCC的波动影响。当把TS引脚连到VCC或VSS时,可以禁止BQ2057的充电功能。

2.4 充电状态指示

BQ2057通过三态引脚STAT报告当前的充电状态:充电状态高电平、充电完成低电平、温度故障或睡眠状态高阻态。当将STAT引脚与单LED或双LED反接方式连接时,可实现充电状态的LED指示,也可以将STAT口与仪器微控制器接口,微控制器通过识别STAT口的三种状态实现仪器的智能管理。

3.典型充电器电路设计

利用BQ2057设计的充电器电路简单,可广泛应用于目前的便携式电子系统的电源管理,对于便携式电子产品的紧凑设计很有意义。

采用BQ2057设计的锂电池充电电路可实现对1节或两节锂电池的充电,工作电源DC+根据充电锂电池组的电压选择,推荐工作电压4.5V~18V,电池组的正端电压PACK+接BAT引脚,TS引脚检测电池组的热敏电阻NTC通过分压电阻后的分压值,以此判断温度是否正常,BQ2057可设计由PNP晶体管或P沟道MOSFET管充电,在选择时应满足功耗要求,采用PNP晶体管的充电电路参看图3-1,采用P沟道MOSFET管的充电电路参看图3-2。

4.结束语

在我们所设计的便携式电子仪器中,选择了BQ2057W芯片设计仪器的7.2V锂离子电池组充电电路,该充电电路非常简单,整个充电过程及状态显示均由BQ2057单独实现,整个电源管理模块简单可靠,该充电器电路对于涉及到锂电池充电要求的电子系统设计很有价值。

BQ2057的引脚功能描述如下:

  • BQ2057 VCC (引脚1):工作电源输入;
  • BQ2057 TS (引脚2):温度感测输入,用于检测电池组的温度;
  • BQ2057 STAT(引脚3):充电状态输出,包括:充电中、充电完成和温度故障三个状态;
  • BQ2057 VSS (引脚4):工作电源地输入;
  • BQ2057 CC (引脚5):充电控制输出;
  • BQ2057 COMP(引脚6):充电速率补偿输入;
  • BQ2057 SNS (引脚7):充电电流感测输入;
  • BAT (引脚8):锂电池电压输入;

 


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