摘要：本文介紹美國TI公司生產的先進鋰電充電管理芯片BQ2057，利用BQ2057系列芯片及簡單外圍電路可設計低成本的單/雙節鋰電池充電器，非常適用于便攜式電子儀器的緊湊設計。本文將在介紹BQ2057芯片的特點、功能的基礎上，給出典型充電電路的設計方法及應用該充電芯片設計便攜式儀器的體會。
關鍵詞：鋰電池 充電器 BQ2057
1 引言
BQ2057系列是美國TI公司生產的先進鋰電充電管理芯片，BQ2057系列芯片適合單節(4.1V或4.2V)或雙節(8.2V或8.4V)鋰離子(Li-Ion)和鋰聚合物(Li-Pol)電池的充電需要，同時根據不同的應用提供了MSOP、TSSOP和SOIC的可選封裝形式，利用該芯片設計的充電器外圍電路及其簡單，非常適合便攜式電子產品的緊湊設計需要。BQ2057可以動態補償鋰電池組的內阻以減少充電時間，帶有可選的電池溫度監測，利用電池組溫度傳感器連續檢測電池溫度，當電池溫度超出設定范圍時BQ2057關閉對電池充電。內部集成的恒壓恒流器帶有高/低邊電流感測和可編程充電電流，充電狀態識別可由輸出的LED指示燈或與主控器接口實現，具有自動重新充電、最小電流終止充電、低功耗睡眠等特性。
2.功能及特性
2.1 器件封裝及型號選擇
BQ2057系列充電芯片為滿足設計需要，提供了多種可選封裝及型號，其封裝形式如圖2－1所示，有MSOP、TSSOP和SOIC三種封裝形式。其型號如表2－1所示，有BQ2057、BQ2057C、BQ2057T和BQ2057W四種信號，分別適合4.1V、4.2V、8.2V和8.4V的充電需要。
| 元件型號 |
充電電壓 |
| BQ2057 |
4.1V |
| BQ2057C |
4.2V |
| BQ2057T |
8.2V |
| BQ2057W |
8.4V |
BQ2057的引腳功能描述如下：
- VCC (引腳1):工作電源輸入；
- TS (引腳2):溫度感測輸入，用于檢測電池組的溫度；
- STAT(引腳3):充電狀態輸出，包括:充電中、充電完成和溫度故障三個狀態；
- VSS (引腳4):工作電源地輸入；
- CC (引腳5):充電控制輸出；
- COMP(引腳6):充電速率補償輸入；
- SNS (引腳7):充電電流感測輸入；
- BAT (引腳8):鋰電池電壓輸入；
2.2 充電狀態流程
BQ2057的充電狀態流程如圖2－3所示，其充電曲線如圖2－2所示，BQ2057的充電分為三個階段：預充狀態、恒流充電和恒壓充電階段。
2.2.1 預充階段在安裝好電池并加上電源后，BQ2057首先檢查工作電壓VCC，當工作電壓過低時充電器進入睡眠模式，若工作電壓正常，則檢查電池溫度是否在設定范圍，若不正常則進入溫度故障模式，否則檢測電池電壓VBAT，當電池電壓VBAT低于低壓門限V(min)時，BQ2057以恒流IREG10％的電流IPRE對電池預充電，
2.2.2 恒流充電
在完成對電池預充或電池電壓VBAT低于恒壓VREG時，BQ2057進入恒流充電狀態，此時由外部的感測電阻RSNS上的壓降監控充電電流，該電阻可采取高/低邊的連接方式，在高邊電流檢測中RSNS接在VCC和SNS引腳間，在低邊電流檢測中RSNS接在VSS和SNS引腳間，如圖2－4所示，通過SNS引腳獲得充電電流的反饋，感測電阻由公式（1）計算：
其中IREG為預期的充電電流，VSNS可在BQ2057的電特性表中查得。
2.2.3 恒壓充電
當充電電壓達到恒壓VREG時進入恒壓充電狀態。在整個工作溫度和工作電壓范圍內，恒壓精度高于±1%，BQ2057通過VBAT和VSS引腳監測電池組電壓，當充電電流達到終止門限I(TERM)時停止充電，當電池電壓低于重新充電門限電壓V(RCH)時自動開始重新充電。BQ2057除了能實現標準的4.1V、4.2V、8.2V和8.4V電壓充電外，還可以通過分壓實現對非標準電壓充電，其方法是用分壓電阻實現的電池分壓值作為BAT引腳的輸入，如圖2－4所示。
2.3 電池溫度監測
BQ2057通過測量TS與VSS引腳間的電壓實現對電池組溫度的連續監測，常用熱敏電阻作為溫度傳感器，并通過分壓電阻實現，如圖3－1所示。分壓電阻的阻值可根據參數計算。BQ2057將該電壓與內部的V(TS1)和V(TS2)門限電壓比較以決定是否允許充電。由于外部分壓及內部門限電壓均以VCC為參考，保證了溫度檢測電路不受工作電源VCC的波動影響。當把TS引腳連到VCC或VSS時，可以禁止BQ2057的充電功能。
2.4 充電狀態指示
BQ2057通過三態引腳STAT報告當前的充電狀態：充電狀態高電平、充電完成低電平、溫度故障或睡眠狀態高阻態。當將STAT引腳與單LED或雙LED反接方式連接時，可實現充電狀態的LED指示，也可以將STAT口與儀器微控制器接口，微控制器通過識別STAT口的三種狀態實現儀器的智能管理。
3．典型充電器電路設計
利用BQ2057設計的充電器電路簡單，可廣泛應用于目前的便攜式電子系統的電源管理，對于便攜式電子產品的緊湊設計很有意義。
采用BQ2057設計的鋰電池充電電路可實現對1節或兩節鋰電池的充電，工作電源DC+根據充電鋰電池組的電壓選擇，推薦工作電壓4.5V～18V，電池組的正端電壓PACK+接BAT引腳，TS引腳檢測電池組的熱敏電阻NTC通過分壓電阻后的分壓值，以此判斷溫度是否正常，BQ2057可設計由PNP晶體管或P溝道MOSFET管充電，在選擇時應滿足功耗要求，采用PNP晶體管的充電電路參看圖3－1，采用P溝道MOSFET管的充電電路參看圖3－2。
4．結束語
在我們所設計的便攜式電子儀器中，選擇了BQ2057W芯片設計儀器的7.2V鋰離子電池組充電電路，該充電電路非常簡單，整個充電過程及狀態顯示均由BQ2057單獨實現，整個電源管理模塊簡單可靠，該充電器電路對于涉及到鋰電池充電要求的電子系統設計很有價值。
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