帶DPM的筆記本PC電池充電控制器/選擇器

摘要：bq24700/bq24701是ＴＩ公司為筆記本ＰＣ專門設(shè)計的帶動態(tài)電源管理（ＤＰＭ）功能的電池充電控制器和選擇器。該器件利用期限動態(tài)電源管理和ＡＣ墻上適配器可自動調(diào)節(jié)電池的充電電流，從而可使電池的充電時間達到最短。文中介紹了bq24700/01的功能、特點和應(yīng)用電路。

    關(guān)鍵詞：充電控制器/選擇器 DPM bq24700/01

１　概述

ｂｑ２４７００／ｂｑ２４７０１是專為筆記本ＰＣ而定制的高集成度電池充電控制器和選擇器。ｂｑ２４７００／１利用其動態(tài)電源管理（ＤＰＭ）和ＡＣ墻上適配器來自動調(diào)節(jié)電池的充電電流，從而可使電池充電時間縮至最短，并可選用低成本的適配器。ｂｑ２４７００／１利用選擇器可以選擇電池或ＡＣ墻上適配器作為主系統(tǒng)電源。同時可利用３００ｋＨｚ的固定頻率和ＰＷＭ來精確控制電池的充電電流和電壓。在對鎳鎘／鎳氫電池和鋰離子／鋰聚合物電池組（包）充電時，充電電流精度為±４％。當(dāng)對Ｌｉ＋電池充電時，充電電壓精度可達±０．４％。器件中的ＰＷＭ控制器適合于在墻上適配器電壓高于電池電壓情況下的降壓變換器中使用。在電池過放電情況下，為了保護電池，ｂｑ２４７００／１可執(zhí)行耗盡電池檢測與指示功能。

２　引腳功能和推薦工作條件

ｂｑ２４７００／１采用２４引腳ＴＳＳＯＰ封裝，引腳排列如圖１所示。表１列出了它們的引腳功能。

表1 bq24700/01的引腳功能

引腳名稱 引腳號 I/O

功        能

ACDET 1 I AC或適配器電源檢測端。當(dāng)該腳電壓低于1.2V門限電時，器件進入睡眠模式，在睡眠模式下僅消耗15μA電流 ACDRV 24 O AC或適配器電源選擇輸出 ACN 11 I 適配器電流感測放大器負差分輸入 ACP 12 I 適配器電流感測放大器正差分輸入 ACPRES 2 O 開路漏極輸出，用作指示AC電源的存在 ACSEL 3 I 該腳為邏輯低電平，選擇電池；為邏輯高電平時，選擇AC適配器作為系統(tǒng)電源 ACSET 6 I 用于在DPM發(fā)生時編程適配器電流 ALARM 19 O 枯竭電池報警輸出 BATDEP 4 I 已耗盡枯竭的電池電平設(shè)定輸入 BATDRV 23 O 電池電源選擇輸出 BATP 13 I 電流充電調(diào)整電壓檢測輸入 BATSET 9 I 該腳電壓>0.25V時，用作設(shè)定充電電平；該腳電壓≤0.25V或接地時，內(nèi)部電池誤差放大器反相輸入端連接內(nèi)部1.25V（±0.05%）的參考電壓 COMP 10 O 從反相端輸入到PWM比較器，該端同時也是跨導(dǎo)（gm）放大器的輸出 ENABLE 8 I 充電賦能 GND 17 - 電源地回復(fù)，公共參考 IBAT 14 O 電池電流差分放大器輸出 PWM 21 O 柵極驅(qū)動器輸出 SRN 15 I 電池電流感測放大器負差分輸入 SRP 16 I 電池電流感測放大器正差分輸入 SRSET 5 I 電池充電電流編程端，用于設(shè)定充電電流的限制電平 V 22 I 工作電源 VHSP 20 O 驅(qū)動外部MOSFET的電壓源 VREF 7 O 5V、±0.6%的參考電壓 Vs 18 I 系統(tǒng)（負載）電壓輸入腳

ｂｑ２４７００／１的推薦工作條件如下：

電源電壓(Ｖcc)：７～２０Ｖ(選擇器工作電壓為４．５～２０Ｖ)；

ＡＣＮ、ＡＣＰ(１１腳、１２腳)輸入電壓：７～２０Ｖ；

ＳＲＮ、ＳＲＰ(１５腳、１６腳)輸入電壓：５～１８Ｖ；

ＰＷＭ、ＢＡＴＤＲＶ、ＡＣＤＲＶ(２１腳、２３腳、２４腳)輸出電壓：－０．３～２０Ｖ；

１～５腳、８～１０腳、１３～１４腳和１８～１９腳的輸入或輸出電壓：－０．３～８Ｖ；

工作環(huán)境溫度(ＴＡ)：－４０～８５℃。(范文先生網(wǎng)www.gymyzhishaji.com收集整理)

３　應(yīng)用電路及工作原理

ｂｑ２４７００在筆記本ＰＣ充電管理中的應(yīng)用電路如圖２所示。電路的輸入端連接ＡＣ墻上適配器，輸出端連接筆記本ＰＣ系統(tǒng)。Ｑ１(Ｐ溝道ＭＯＳＦＥＴ)為充電器開關(guān)，Ｑ２為適配器選擇開關(guān)，Ｑ３為電池選擇開關(guān)。

３．１ 電路工作原理

ａ．動態(tài)電源管理(ＤＰＭ)

電池充電電流ＩＢＡＴ為適配器電流ＩＡＤＰＴ與系統(tǒng)電流ＩＳＹＳ之差，即ＩＢＡＴ＝ＩＡＤＰＴ－ＩＳＹＳ。如果ＩＢＡＴ與ＩＳＹＳ之和超過適配器的電流限制，通過ＤＰＭ功能可減小電池充電電流，從而使整個輸入電流消耗保持在墻上適配器的限定容量之內(nèi)。隨著系統(tǒng)電流的減小，充電電流會相應(yīng)增大，從而使電池充電時間縮短到最低限度。

ＤＰＭ可通過電池充電來調(diào)節(jié)電壓、充電電流和適配器，以使充電電流的三個控制環(huán)路進入ＰＷＭ控制器。如果三個用戶的編程門限有任意一個達到，相應(yīng)的控制環(huán)路將命令ＰＷＭ控制器減小占空因數(shù)，以減小電池充電電流。

ｂ．ＡＣ適配器檢測

ＩＣ的ＡＣＤＥＴ腳(１腳)通過外部電阻分壓器來檢測ＡＣ適配器的存在及其功率損耗。在應(yīng)用電路中，由于Ｒ１連接于阻塞二極管Ｄ１的負極，故要求適配器電壓ＶＡＤＰＴ≥１８Ｖ(當(dāng)ＶＡＤＰＴ＜１８Ｖ時，Ｒ１連接到Ｄ１正極)。當(dāng)ＡＣＤＥＴ腳上電壓低于內(nèi)部比較器的１．２Ｖ參考電平時，ＩＣ將進入睡眠狀態(tài)，ＰＷＭ控制截止，Ｑ２關(guān)斷，Ｑ３導(dǎo)通，從而選擇電池作為系統(tǒng)電源。系統(tǒng)(負載)電壓可通過ＶＳ腳上的電阻分壓器進行監(jiān)控，以便在Ｑ２出現(xiàn)短路而適配器電源仍存在時，對系統(tǒng)電源提供保護。

ｃ．電池充電操作

ｂｑ２４７００／１中的固定頻率ＰＷＭ控制器可用于為電池充電提供閉環(huán)控制。電池電壓ＶＢＡＴ、電池充電電流ＩＢＡＴ和適配器充電電流ＩＡＤＰＴ三個控制參數(shù)，既可由鍵盤ＤＡＣ或ＩＣ ５Ｖ參考電壓外部的電阻分壓器來進行編程，也可利用內(nèi)部參考電壓(１．２５Ｖ)來編程。適配器電流和電池充電電流可分別利用低值電阻Ｒ５和Ｒ６來檢測，并被反饋到ＩＣ內(nèi)部相應(yīng)的跨導(dǎo)(ｇｍ)放大器上。電池電壓則通過Ｒ７和Ｒ９組成的分壓器檢測，并將檢測信號反饋到ＩＣ內(nèi)部的第三個ｇｍ放大器。

(１)電池充電電壓設(shè)定

電池充電調(diào)整電壓ＶＢＡＴ可利用Ｒ７和Ｒ９組成的電阻分壓器并通過ＩＣ的ＢＡＴＰ(１３)腳反饋到電池誤差放大器，只要ＢＡＴＳＥＴ(９)腳上的電壓ＶＢＡＴＳＥＴ大于內(nèi)部０．２５Ｖ的參考電壓，電池充電電壓便可設(shè)定為：

ＶＢＡＴ＝[(Ｒ７＋Ｒ９)／Ｒ９]·ＶＢＡＴＳＥＴ

(２)電池充電電流設(shè)定

電池充電電流ＩＢＡＴ可由ＩＣ腳ＳＲＳＥＴ(５)上的電壓ＶＳＲＳＥＴ和傳感電阻Ｒ６共同決定，公式如下：

ＩＢＡＴ＝ＶＳＲＳＥＴ／(２５Ｒ６)

上式中，ＶＳＲＳＥＴ的最大值為２．５Ｖ。該電壓可通過來自ＶＲＥＦ(５Ｖ)的電阻分壓器獲得，也可以從鍵盤控制器ＤＡＣ得到。

圖2 bq24700組成的筆記本PC電池充電器電路

    (３)適配器電流設(shè)定

適配器電流ＩＡＤＰＴ可通過ＩＣ腳ＡＣＳＥＴ(６)上的電壓ＶＡＣＳＥＴ和適配器電流感測電阻Ｒ５來確定：

ＩＡＤＤＰＴ＝ＶＡＣＳＥＴ（２５Ｒ５）

ｄ． 電池耗盡檢測

電池耗盡電平可由通過電阻分壓器施加到ＩＣ腳ＢＡＴＤＥＰ（４）上的電壓來設(shè)定。當(dāng)電池放電過量時，ＡＬＡＲＭ（１９）腳會發(fā)出報警信號并輸出高電平，而并不關(guān)心電源選擇。

當(dāng)電池電壓低于已耗盡電平的８０％時，被認為是電池深度放電。當(dāng)電池耗盡時，ｂｑ２４７００仍會停留在已選擇的電源上。但是，ｂｑ２４７０１卻會在電池耗盡時，自動切換到適配器電源。表２列出了兩種器件的可用選擇方式。

表2 bq24700/01的選擇方式

條  件
TA=-40～85℃ 選擇器操作 bq24700 bq24701 電池作為電源 電池移開 自動選擇AC適配器 自動選擇AC適配器 電池重新插入 基于選擇器
輸入選擇 當(dāng)適配器
移開時選擇電池 AC適配器作為電源 適配器移開 自動選擇電池 自動選擇電池 適配器重新接入 基于選擇器輸入選擇 基于選擇器輸入選擇 已耗盡的電池條件 電池作為電源 發(fā)送報警信號 自動選擇適配器發(fā)送報警信號 AC適配器作為電源 發(fā)送報警信號 發(fā)送報警信號 報警信號有效 　 耗盡電池條件 耗盡電池條件 　 選擇器輸入不匹配于選擇器輸出

３．２ 主要元件選擇

ａ． ＭＯＳＦＥＴ選擇

ＭＯＳＦＥＴ的選擇取決于柵－源電壓、輸入電壓和輸入電流。Ｐ溝道ＭＯＳＦＥＴ的柵－源耐壓至少是２０Ｖ，擊穿電壓ＢＶＤＳＳ≈ＶＩＮ＋１Ｖ。平均輸入電流的計算公式如下：

ＩＩＮ(ａｖｇ)＝[（ＶＯＩＯ）×１．２[／ＶＩＮ

有效值電流由下式確定：

ＩＩＮ(ＲＭＳ)＝ＩＩＮ(ａｖｇ)(１／Ｄ)１／２

式中，Ｄ為占空比。

ｂ． 肖特基二極管Ｄ１的選擇

選擇肖特基二極管Ｄ１時，要求Ｄ１必須能承受輸入電壓ＶＩＮ。

ｃ． 電感的選擇

為防止電流斜坡太陡而導(dǎo)致過大的紋波，電路中電感器的電感值不能過小，推薦按下式選�。�

Ｌ＝[(ＶＩＮ－ＶＢＡＴ)ＶＢＡＴ]／０．２ｆｓＩＦＳＶＩＮ

式中，ｆｓ為開關(guān)頻率，ＩＦＳ為開關(guān)電流。

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