Breve análisis del chip de gestión de carga lineal de la batería de litio BQ2057 y su aplicación

1. Introducción

La serie BQ2057 es un chip de gestión de carga de batería de litio avanzado producido por TI Company of America. El chip de la serie BQ2057 es adecuado para las necesidades de carga de baterías de iones de litio (Li-Ion) y polímero de litio (Li-Pol) de sección única (4,1 V o 4,2 V) o de doble sección (8,2 V o 8,4 V), y proporciona paquetes opcionales de MSOP, TSSOP y SOIC según diferentes aplicaciones. El circuito periférico del cargador y su simplicidad son muy adecuados para el diseño compacto de productos electrónicos portátiles. El BQ2057 compensa dinámicamente la resistencia interna del paquete de baterías de litio para reducir el tiempo de carga. Con monitoreo de temperatura de la batería opcional, el sensor de temperatura de la batería detecta continuamente la temperatura de la batería. Cuando la temperatura de la batería excede el rango establecido, el BQ2057 apaga la batería. El dispositivo de corriente constante de voltaje constante integrado interno tiene detección de corriente de lado alto / bajo y corriente de carga programable. El reconocimiento del estado de carga se puede realizar mediante el indicador LED de salida o la interfaz con el controlador principal, con recarga automática, corriente mínima para detener la carga, suspensión de baja potencia y otras características.

2. Funciones y características

2.1 paquete de dispositivo y selección de modelo

La serie BQ2057 de chips de carga está disponible en una variedad de paquetes y modelos para cumplir con los requisitos de diseño. El paquete se muestra en la Figura 2-1. Está disponible en paquetes MSOP, TSSOP y SOIC. Su modelo se muestra en la Tabla 2-1. Hay cuatro tipos de señales, BQ2057, BQ2057C, BQ2057T y BQ2057W, que son adecuadas para cargar 4,1 V, 4,2 V, 8,2 V y 8,4 V respectivamente.

Las funciones de los pines del BQ2057 se describen a continuación:

VCC (Pin 1): entrada de alimentación de funcionamiento;

TS (Pin 2): Entrada de detección de temperatura para detectar la temperatura del paquete de baterías;

STAT (Pin 3): Salida de estado de carga, que incluye: tres estados de carga, finalización de la carga y falla de temperatura;

VSS (Pin 4): Entrada a la fuente de alimentación operativa;

CC (Pin 5): salida de control de carga;

COMP (Pin 6): Entrada de compensación de tasa de carga;

SNS (Pin 7): Entrada de detección de corriente de carga;

BAT (Pin 8): entrada de voltaje de la batería de litio;

2.2 Flujo del estado de carga

La carga del BQ2057 se divide en tres fases: estado de precarga, carga de corriente constante y fase de carga de voltaje constante.

2.2.1 Fase de precarga

Después de instalar la batería y agregar energía, el BQ2057 primero verifica el voltaje de trabajo VCC. Cuando el voltaje de trabajo es demasiado bajo, el cargador ingresa al modo de suspensión. Si el voltaje de trabajo es normal, verifique si la temperatura de la batería está dentro del rango establecido. Si no es así, ingrese la temperatura. Modo de falla, de lo contrario se detecta el voltaje de la batería VBAT. Cuando el voltaje de la batería VBAT es menor que el umbral de voltaje bajo V (min), el BQ2057 precarga la batería con una corriente constante IREG 10% de corriente IPRE.

2.2.2 Carga de corriente constante

Cuando la batería está precargada o el voltaje de la batería VBAT es menor que el voltaje constante VREG, el BQ2057 entra en un estado de carga de corriente constante, momento en el cual la corriente de carga es monitoreada por la caída de voltaje a través de la resistencia de detección externa RSNS, que puede tomar el Modo de conexión del lado alto / bajo, RSNS está conectado entre los pines VCC y SNS en la detección de corriente del lado alto. RSNS está conectado entre los pines VSS y SNS en la detección de corriente de lado bajo.

2.2.3 Carga de voltaje constante

Cuando el voltaje de carga alcanza el voltaje constante VREG, entra en el estado de carga de voltaje constante. BQ2057 monitorea el voltaje del paquete de baterías a través de los pines VBAT y VSS. Cuando la corriente de carga alcanza el umbral de terminación I (TERM), deja de cargar. Cuando el voltaje de la batería es menor que el voltaje umbral de recarga V (RCH), comienza a recargarse automáticamente. BQ2057 no solo puede realizar una carga de voltaje estándar de 4.1v, 4.2v, 8.2v y 8.4v, sino que también puede realizar una carga de voltaje no estándar a través de voltaje parcial. El método consiste en utilizar el valor de voltaje parcial de la batería obtenido por la resistencia de voltaje parcial como la entrada del pin BAT.

2.3 Supervisión de la temperatura de la batería

El BQ2057 monitorea continuamente la temperatura del paquete de baterías midiendo el voltaje entre los pines TS y VSS. El termistor de uso común se utiliza como sensor de temperatura y se implementa mediante una resistencia divisora de voltaje, como se muestra en la Figura 3-1. La resistencia de la resistencia de división de voltaje se puede calcular de acuerdo con los parámetros. BQ2057 compara este voltaje con los voltajes de umbral internos V (TS1) y V (TS2) para determinar si se permite la carga. Dado que la presión parcial externa y el voltaje límite interno están todos referenciados a VCC, el circuito de detección de temperatura no se ve afectado por la fluctuación de la fuente de alimentación de trabajo VCC. Cuando el pin TS está conectado a VCC o VSS, la función de carga del BQ2057 se puede deshabilitar.

2.4 Indicación del estado de carga

El BQ2057 informa el estado actual de carga a través del pin de tres estados STAT: estado de carga alto, carga completa baja, falla de temperatura o estado de reposo de alta impedancia. Cuando el pin STAT está conectado al modo de conexión inversa de un solo LED o LED doble, se puede realizar la indicación LED del estado de carga, y el puerto STAT también se puede conectar con el microcontrolador del instrumento, y el microcontrolador realiza una gestión inteligente del instrumento identificando tres estados del puerto STAT.

3. Diseño típico del circuito del cargador

El circuito del cargador diseñado con BQ2057 es simple y puede usarse ampliamente en la administración de energía de los sistemas electrónicos portátiles actuales, lo que tiene sentido para el diseño compacto de productos electrónicos portátiles.

El circuito de carga de la batería de litio diseñado por BQ2057 puede realizar la carga de una o dos baterías de litio. La potencia de trabajo DC + se selecciona de acuerdo con el voltaje de la batería de litio recargable. El voltaje de trabajo recomendado es de 4.5V ~ 18V. El voltaje positivo del paquete de baterías es PACK + BAT. El pin y el pin TS detectan el valor de división de voltaje del termistor NTC del paquete de baterías a través de la resistencia de división de voltaje para determinar si la temperatura es normal. El BQ2057 puede diseñarse para ser cargado por un transistor PNP o un MOSFET de canal P, y debe seleccionarse cuando se seleccione. El consumo de energía debe satisfacerse al seleccionar.

4. Conclusión

En nuestro instrumento electrónico portátil, elegimos el circuito de carga del paquete de baterías de iones de litio de 7.2V del instrumento de diseño de chip BQ2057W. El circuito de carga es muy sencillo. Todo el proceso de carga y la pantalla de estado se realizan solo con BQ2057. Todo el módulo de administración de energía es simple y confiable. El circuito del cargador es valioso para el diseño de sistemas electrónicos que involucran requisitos de carga de baterías de litio.

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