笔记本电脑电池充电控制器bq24700应用-电子工程世界

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1　引言

　　bq24700是专为笔记本电脑电池组设计的充电控制芯片。该芯片特有的动态充电管理功能，在最短时间内完成充电。充电器的主电路为降压变换器。PWM控制器的固定频率为300kHz，充电电流精度为±4%，充电电压精度为±0.4%，特别适合锂离子电池组充电。对锂离子电池组充电时，用内部1.25V±0.5%基准电压设置充电电压，对其他电池组充电时，用外部基准电压来设置充电电压。该器件可实时检测电池组状态，并自动选择交流适配器供电或电池组供电。电池组供电时，bq24700检测电池组电量，并在电量不足时发出报警信号。

2　内部框图及引脚功能

　　bq24700采用24脚TSSOP封装，管脚排列如图1所示。内部框图如图2所示。各管脚功能如下：

图1　 bq24700管脚排列
　　脚1为交流适配器输出状态检测端。当该脚电压低于1.2V时，bq24700选择电池组为系统供电。
　　脚2为交流适配器输出状态指示。脚1电压高于1.2V时，该脚输出高电平。
　　脚3为系统供电选择。该脚为高电平时，交流适配器供电，该脚为低电平时，电池组供电。
　　脚4为电池组状态检测。该脚电压低于1.2V时，电池组电量耗尽，该脚电压低于1.0V时，bq24700判定电池未装。
　　脚5为电池组充电电流设置端。
　　脚6为交流适配器输出电流设置端。当系统电流与电池组充电电流大于设置值时，bq24700进入动态充电模式。
　　脚7为5.0±0.6%基准电压。该基准电压给外电路供电，该脚应外接3.3μF电容。
　　脚8为充电使能端。
　　脚9为内部基准电压关断端。
　　脚10为PWM比较器反相输入端。
　　脚11、12为交流适配器输出电流检测误差放大器的反相、同相输入端。
　　脚13为电池组充电电压反馈输入端。
　　脚14为电池组充电电流误差放大器输出端。
　　脚15、16为电池组充电电流检测误差放大器的反相、同相输入端。
　　脚17为信号地。
　　脚18为系统电压检测输入端。
　　脚19为报警输出端。
　　脚20为外部MOSFETS驱动电压设置端。
　　脚21为PWM驱动输出。
　　脚22为集成电路电源端。
　　脚23为电池组供电选择MOSFET驱动输出。
　　脚24为交流适配器供电选择MOSFET驱动输出。

图2　　bq24700内部框图

[page]3 　基本工作原理

　　bq24700典型应用电路如图3所示：

图3　 bq24700典型应用

3.1动态充电管理

　　动态充电管理可以充分利用交流适配器的输出电流，在最短时间内完成充电。电池充电电流IBAT等于适配器输出电流IADPT和系统电流ISYS之差，即：IBAT=IADPT-ISYS ，系统所需电流减小时，bq24700增加电池组的充电电流，如图4所示。这样可使交流适配器的输出功率维持稳定。

图4　动态充电管理

3.2交流适配器状态检测

　　交流适配器输出电压，经电阻分压后接到管脚1。该脚电压低于1.2V时，bq24700判定交流适配器输出功率不足，系统切换至电池组供电，并且进入bq24700休眠模式。
　　交流适配器输出电压低于18V时，检测点取在交流适配器输出二极管的阳极。交流适配器的输出电压大于18V时，检测点应在适配器输出二极管的阴极，这样可确保交流适配器掉电后，管脚SRN和SRP上的电压在安全范围内。

3.3电池组充电

　　bq24700通过检测电池组电压、电池组电流、交流适配器输出电流三个参数，完成充电电流的闭环控制。串联在交流适配器输出回路和电池组充电回路中的电阻，分别给两个误差放大器提供检测数据，电池组电压经分压后给第三个误差放大器提供检测数据。只有在管脚ENABLE输出高电平时，bq24700才对电池组充电。
　　电池组充电终止电压、电池组充电电流和交流适配器输出电流都可以通过分立器件设置，也可通过DAC接口由键盘设定。bq24700的充电电路为降压变换器，开关频率固定为300kHz，外接P沟道MOSFET，如图5所示。

图5　PWM降压变换器

[page]3.4　PWM控制器及软启动

　　bq24700三个误差放大器的输出都连接到COMP端，该端输出和内部300kHz锯齿波比较，完成脉宽调制，再经转换电路输出相应占空比的驱动信号，驱动外部P沟道MOSFET。
　　为了确保外部MOSFET的输出电压在正常范围之内，bq24700内部具有驱动电压转换电路，当UCC≤15V时，驱动电压等于UCC，当UCC＞15V时，驱动电压为0.5UCC。
　　软启动可以保证各功能电路按顺序启动。PWM比较器关断时，COMP脚接地，同时内部100μA电流源关断。当PWM比较器使能时，COMP脚释放，100μA电流源开始对COMP脚外接电容充电，随着COMP脚电压上升，PWM比较器的占空比增大，bq24700实现软启动。

3.5 充电终止电压设置

　　bq24700通过BATSET脚设置充电终止电压，可使用和不使用内部1.25V基准电压两种方式（如图6）。电池组电压经分压后接到误差放大器，为了精确地对锂离子电池组充电，BATSET的外接分压电阻应当很准确。当BATSET脚电压低于0.25V时，内部1.25V基准电压接入到误差放大器。当BATSET脚电压低于0.25V时，1.25V基准电压从误差放大器的输入端断开。不用1.25V基准电压时， BATSET脚的电压不能低于1.0V。

图6　充电终止电压设置

3.6 电池组充电电流设置

　　bq24700通过SRSET脚设置充电电流，设置电压可由5V基准电压分压得到。充电电流IBAT和设置电压USRSET的关系为：

　　设置电压最大值为2.5V。

3.7 交流适配器输出电流设置

　　交流适配器输出电流通过ACSET脚设置，设置电压可由5V基准电压分压得到。交流适配器输出电流IADPT和设置电压UACSET的关系为：

3.8 系统供电选择

　　交流适配器或电池组任意一路供电电源发生故障时，bq24700可以自动切换到另一路电源为系统供电。同时允许在不断开交流适配器的情况下，手动选择电池组为系统供电。切换开关应选择低导通电阻的P沟道MOSFET，以降低损耗，延长电池组供电时间。无论是手动切换还是自动切换，在电池组供电时，交流适配器都停止对电池组充电，选择电路如图7所示。

图7　系统供电选择
　　当适配器输出正常时，ACPRES脚输出高电平，反之则输出低电平。交流适配器输出电压经分压后连接到ACDET脚，同内部基准电压比较，当ACDET脚电压低于内部基准电压时，无论交流适配器是否还有输出电压，bq24700都判定交流适配器掉电。ACPRES脚翻转为低电平，同时ACDRV脚输出高电平，BATDRV输出低电平，ALARM输出高电平，bq24700选择电池组为系统供电。当交流适配器输出电压正常后，ACSEL脚为高电平，交流适配器为系统供电，如果该脚电压为低电平，电池组仍为系统供电。如果切换不成功， ALARM脚输出报警信号。
　　交流适配器输出电压正常，但ACSEL为低电平时，系统由电池组供电。电池组供电时，适配器供电的MOSFET关断，电池组供电的MOSFET开通之前，系统先检测VS脚的电压，如果交流适配器供电MOSFET短路，该管脚电压高于BATP脚的电压，bq24700将不开通电池组供电的MOSFET，这样可以保护电池组。如果VS接地，该保护功能被取消。

3.9 电池过放电检测

　　电池组电压经分压后接入BATDEP脚，与内部1.22V基准电压比较，当BATDEP脚电压接近1.22V时，bq24700判定电池电量耗尽，发出报警信号，ALARM输出高电平。如果电池过放电，同时交流适配器输出电压正常，则bq24700自动切换到交流适配器供电。

4 结语

　　以bq24700为核心的笔记本电池充电管理方案，具有完善的功能、稳定的性能和较低的成本。该充电器既应用于笔记本电脑，也可应用于其他便携设备。

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