带DPM的笔记本PC电池充电控制器/选择器

摘要：bq24700/bq24701是ＴＩ公司为笔记本ＰＣ专门设计的带动态电源管理（ＤＰＭ）功能的电池充电控制器和选择器。该器件利用期限动态电源管理和ＡＣ墙上适配器可自动调节电池的充电电流，从而可使电池的充电时间达到最短。文中介绍了bq24700/01的功能、特点和应用电路。 关键词：充电控制器/选择器 DPM bq24700/01 １　概述 ｂｑ２４７００／ｂｑ２４７０１是专为笔记本ＰＣ而定制的高集成度电池充电控制器和选择器。ｂｑ２４７００／１利用其动态电源管理（ＤＰＭ）和ＡＣ墙上适配器来自动调节电池的充电电流，从而可使电池充电时间缩至最短，并可选用低成本的适配器。ｂｑ２４７００／１利用选择器可以选择电池或ＡＣ墙上适配器作为主系统电源。同时可利用３００ｋＨｚ的固定频率和ＰＷＭ来精确控制电池的充电电流和电压。在对镍镉／镍氢电池和锂离子／锂聚合物电池组（包）充电时，充电电流精度为%26;#177;４％。当对Ｌｉ＋电池充电时，充电电压精度可达%26;#177;０．４％。器件中的ＰＷＭ控制器适合于在墙上适配器电压高于电池电压情况下的降压变换器中使用。在电池过放电情况下，为了保护电池，ｂｑ２４７００／１可执行耗尽电池检测与指示功能。 ２　引脚功能和推荐工作条件 ｂｑ２４７００／１采用２４引脚ＴＳＳＯＰ封装，引脚排列如图１所示。表１列出了它们的引脚功能。 表1 bq24700/01的引脚功能 引脚名称 引脚号 I/O 功 能 ACDET 1 I AC或适配器电源检测端。当该脚电压低于1.2V门限电时，器件进入睡眠模式，在睡眠模式下仅消耗15μA电流 ACDRV 24 O AC或适配器电源选择输出 ACN 11 I 适配器电流感测放大器负差分输入 ACP 12 I 适配器电流感测放大器正差分输入 ACPRES 2 O 开路漏极输出，用作指示AC电源的存在 ACSEL 3 I 该脚为逻辑低电平，选择电池；为逻辑高电平时，选择AC适配器作为系统电源 ACSET 6 I 用于在DPM发生时编程适配器电流 ALARM 19 O 枯竭电池报警输出 BATDEP 4 I 已耗尽枯竭的电池电平设定输入 BATDRV 23 O 电池电源选择输出 BATP 13 I 电流充电调整电压检测输入 BATSET 9 I 该脚电压>0.25V时，用作设定充电电平；该脚电压≤0.25V或接地时，内部电池误差放大器反相输入端连接内部1.25V（%26;#177;0.05%）的参考电压 COMP 10 O 从反相端输入到PWM比较器，该端同时也是跨导（gm）放大器的输出 ENABLE 8 I 充电赋能 GND 17 - 电源地回复，公共参考 IBAT 14 O 电池电流差分放大器输出 PWM 21 O 栅极驱动器输出 SRN 15 I 电池电流感测放大器负差分输入 SRP 16 I 电池电流感测放大器正差分输入 SRSET 5 I 电池充电电流编程端，用于设定充电电流的限制电平 V 22 I 工作电源 VHSP 20 O 驱动外部MOSFET的电压源 VREF 7 O 5V、%26;#177;0.6%的参考电压 Vs 18 I 系统（负载）电压输入脚 ｂｑ２４７００／１的推荐工作条件如下： 电源电压(Ｖcc)：７～２０Ｖ(选择器工作电压为４．５～２０Ｖ)； ＡＣＮ、ＡＣＰ(１１脚、１２脚)输入电压：７～２０Ｖ； ＳＲＮ、ＳＲＰ(１５脚、１６脚)输入电压：５～１８Ｖ； ＰＷＭ、ＢＡＴＤＲＶ、ＡＣＤＲＶ(２１脚、２３脚、２４脚)输出电压：－０．３～２０Ｖ； １～５脚、８～１０脚、１３～１４脚和１８～１９脚的输入或输出电压：－０．３～８Ｖ； 工作环境温度(ＴＡ)：－４０～８５℃。 ３　应用电路及工作原理 ｂｑ２４７００在笔记本ＰＣ充电管理中的应用电路如图２所示。电路的输入端连接ＡＣ墙上适配器，输出端连接笔记本ＰＣ系统。Ｑ１(Ｐ沟道ＭＯＳＦＥＴ)为充电器开关，Ｑ２为适配器选择开关，Ｑ３为电池选择开关。 ３．１ 电路工作原理 ａ．动态电源管理(ＤＰＭ) 电池充电电流ＩＢＡＴ为适配器电流ＩＡＤＰＴ与系统电流ＩＳＹＳ之差，即ＩＢＡＴ＝ＩＡＤＰＴ－ＩＳＹＳ。如果ＩＢＡＴ与ＩＳＹＳ之和超过适配器的电流限制，通过ＤＰＭ功能可减小电池充电电流，从而使整个输入电流消耗保持在墙上适配器的限定容量之内。随着系统电流的减小，充电电流会相应增大，从而使电池充电时间缩短到最低限度。 ＤＰＭ可通过电池充电来调节电压、充电电流和适配器，以使充电电流的三个控制环路进入ＰＷＭ控制器。如果三个用户的编程门限有任意一个达到，相应的控制环路将命令ＰＷＭ控制器减小占空因数，以减小电池充电电流。 ｂ．ＡＣ适配器检测 ＩＣ的ＡＣＤＥＴ脚(１脚)通过外部电阻分压器来检测ＡＣ适配器的存在及其功率损耗。在应用电路中，由于Ｒ１连接于阻塞二极管Ｄ１的负极，故要求适配器电压ＶＡＤＰＴ≥１８Ｖ(当ＶＡＤＰＴ＜１８Ｖ时，Ｒ１连接到Ｄ１正极)。当ＡＣＤＥＴ脚上电压低于内部比较器的１．２Ｖ参考电平时，ＩＣ将进入睡眠状态，ＰＷＭ控制截止，Ｑ２关断，Ｑ３导通，从而选择电池作为系统电源。系统(负载)电压可通过ＶＳ脚上的电阻分压器进行监控，以便在Ｑ２出现短路而适配器电源仍存在时，对系统电源提供保护。 ｃ．电池充电操作 ｂｑ２４７００／１中的固定频率ＰＷＭ控制器可用于为电池充电提供闭环控制。电池电压ＶＢＡＴ、电池充电电流ＩＢＡＴ和适配器充电电流ＩＡＤＰＴ三个控制参数，既可由键盘ＤＡＣ或ＩＣ ５Ｖ参考电压外部的电阻分压器来进行编程，也可利用内部参考电压(１．２５Ｖ)来编程。适配器电流和电池充电电流可分别利用低值电阻Ｒ５和Ｒ６来检测，并被反馈到ＩＣ内部相应的跨导(ｇｍ)放大器上。电池电压则通过Ｒ７和Ｒ９组成的分压器检测，并将检测信号反馈到ＩＣ内部的第三个ｇｍ放大器。 (１)电池充电电压设定 电池充电调整电压ＶＢＡＴ可利用Ｒ７和Ｒ９组成的电阻分压器并通过ＩＣ的ＢＡＴＰ(１３)脚反馈到电池误差放大器，只要ＢＡＴＳＥＴ(９)脚上的电压ＶＢＡＴＳＥＴ大于内部０．２５Ｖ的参考电压，电池充电电压便可设定为： ＶＢＡＴ＝[(Ｒ７＋Ｒ９)／Ｒ９]%26;#183;ＶＢＡＴＳＥＴ (２)电池充电电流设定 电池充电电流ＩＢＡＴ可由ＩＣ脚ＳＲＳＥＴ(５)上的电压ＶＳＲＳＥＴ和传感电阻Ｒ６共同决定，公式如下： ＩＢＡＴ＝ＶＳＲＳＥＴ／(２５Ｒ６) 上式中，ＶＳＲＳＥＴ的最大值为２．５Ｖ。该电压可通过来自ＶＲＥＦ(５Ｖ)的电阻分压器获得，也可以从键盘控制器ＤＡＣ得到。 图2 bq24700组成的笔记本PC电池充电器电路 (３)适配器电流设定 适配器电流ＩＡＤＰＴ可通过ＩＣ脚ＡＣＳＥＴ(６)上的电压ＶＡＣＳＥＴ和适配器电流感测电阻Ｒ５来确定： ＩＡＤＤＰＴ＝ＶＡＣＳＥＴ（２５Ｒ５） ｄ． 电池耗尽检测 电池耗尽电平可由通过电阻分压器施加到ＩＣ脚ＢＡＴＤＥＰ（４）上的电压来设定。当电池放电过量时，ＡＬＡＲＭ（１９）脚会发出报警信号并输出高电平，而并不关心电源选择。 当电池电压低于已耗尽电平的８０％时，被认为是电池深度放电。当电池耗尽时，ｂｑ２４７００仍会停留在已选择的电源上。但是，ｂｑ２４７０１却会在电池耗尽时，自动切换到适配器电源。表２列出了两种器件的可用选择方式。 表2 bq24700/01的选择方式 条 件 TA=-40～85℃ 选择器操作 bq24700 bq24701 电池作为电源 电池移开 自动选择AC适配器 自动选择AC适配器 电池重新插入 基于选择器 输入选择 当适配器 移开时选择电池 AC适配器作为电源 适配器移开 自动选择电池 自动选择电池 适配器重新接入 基于选择器输入选择 基于选择器输入选择 已耗尽的电池条件 电池作为电源 发送报警信号 自动选择适配器发送报警信号 AC适配器作为电源 发送报警信号 发送报警信号 报警信号有效 　 耗尽电池条件 耗尽电池条件 　 选择器输入不匹配于选择器输出 ３．２ 主要元件选择 ａ． ＭＯＳＦＥＴ选择 ＭＯＳＦＥＴ的选择取决于栅－源电压、输入电压和输入电流。Ｐ沟道ＭＯＳＦＥＴ的栅－源耐压至少是２０Ｖ，击穿电压ＢＶＤＳＳ≈ＶＩＮ＋１Ｖ。平均输入电流的计算公式如下： ＩＩＮ(ａｖｇ)＝[（ＶＯＩＯ）%26;#215;１．２[／ＶＩＮ 有效值电流由下式确定： ＩＩＮ(ＲＭＳ)＝ＩＩＮ(ａｖｇ)(１／Ｄ)１／２ 式中，Ｄ为占空比。 ｂ． 肖特基二极管Ｄ１的选择 选择肖特基二极管Ｄ１时，要求Ｄ１必须能承受输入电压ＶＩＮ。 ｃ． 电感的选择 为防止电流斜坡太陡而导致过大的纹波，电路中电感器的电感值不能过小，推荐按下式选取： Ｌ＝[(ＶＩＮ－ＶＢＡＴ)ＶＢＡＴ]／０．２ｆｓＩＦＳＶＩＮ 式中，ｆｓ为开关频率，ＩＦＳ为开关电流。