一款基于BQ24610的智能鋰電池充電方案

1.概述

隨著移動(dòng)電話、筆記本電腦、平板電腦等眾多便攜式電子設(shè)備的迅速普及應(yīng)用，與之配套的小型鋰離子電池、鋰聚合物電池等二次電池的生產(chǎn)及需求量與日俱增，特別是鋰離子電池體積小、重量輕;循環(huán)壽命長(zhǎng)、充電可達(dá)幾百次甚至上千次;自放電率低等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于可移動(dòng)便攜式電子產(chǎn)品中。因此，設(shè)計(jì)一套高精度鋰離子充電管理系統(tǒng)對(duì)于鋰離子電池應(yīng)用是至關(guān)重要的，嚴(yán)格防止在電池的使用中出現(xiàn)過(guò)充電、過(guò)放電等現(xiàn)象。

目前比較成熟的鋰電池充電管理方案就是基于筆記本電腦的方案，該類電源管理方案已經(jīng)接近成熟，但是往往成本較高，不太符合應(yīng)用于便攜式分子篩制氧機(jī)設(shè)計(jì)中。結(jié)合成本與性能的考慮，最后我們選擇BQ24610芯片作為主芯片，結(jié)合外圍電路，來(lái)設(shè)計(jì)便攜式分子篩制氧機(jī)電源管理模塊。

BQ24610是TI公司生產(chǎn)，可以實(shí)現(xiàn)5V-28V鋰電池充電管理。充電控制器與傳統(tǒng)的控制器相比較，效率更高，散熱更少;充電電壓及電流的準(zhǔn)確度接近百分之百，有助于延長(zhǎng)電池使用壽命;集成型獨(dú)立解決方案可提高設(shè)計(jì)靈活性，縮小整體解決方案尺寸，更有利于廣泛應(yīng)用于便攜式設(shè)備中;動(dòng)態(tài)電源管理可在電池充電時(shí)仍可為系統(tǒng)供電，最大限度地提高適配器功率[3].本文就通過(guò)在實(shí)際中的探索，對(duì)電池充電控制器和選擇器芯片BQ24610的基本性能、工作原理、參數(shù)設(shè)置及應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了分析，給出了相應(yīng)的典型應(yīng)用電路設(shè)計(jì)。

2.BQ24610功能及特性

2.1 引腳介紹

ACN(引腳1)：適配器電流誤差放大器負(fù)輸入。ACP (引腳2)：適配器電流誤差放大器正輸入。ACDRV (引腳3)：AC或適配器電源選擇輸出。CE(引腳4)：充電使能，邏輯高電平輸入。高電平充電時(shí)能，低電平停止充電，它有一個(gè)1MΩ內(nèi)部下拉電阻。STAT1(引腳5)：漏極開路充電狀態(tài)指示按鈕，指示各種充電操作。

TS(引腳6)：電池組溫度CP系數(shù)檢測(cè)。TTC(引腳7)：安全時(shí)間和終止控制。(引腳8)：開漏輸出狀態(tài)良好指示。STAT2(引腳9)：漏極開路充電狀態(tài)指示按鈕，指示各種充電操作。

VREF(引腳10)：3.3V參考電壓輸出。ISET1(引腳11)：快速充電電流輸入設(shè)置。VFB(引腳12)：輸出電壓模擬反饋調(diào)整。SRN(引腳13)：

電池電流誤差放大器負(fù)輸入。SRP(引腳14)：

電池電流誤差放大器正輸入。I S E T 2 (引腳15)：預(yù)充電和終止當(dāng)前輸入設(shè)置。ACSET(引腳16)：適配器當(dāng)前輸入設(shè)置。BATDRV (引腳23)：電池和系統(tǒng)之間的MOSFET驅(qū)動(dòng)輸出。

2.2 工作原理

BQ24610充電電路工作原理如圖2所示，該充電電路基本工作原理可分為預(yù)充、快充和終止階段。

當(dāng)接通電源，如果VBAT

快充分恒流充電和恒壓充電兩個(gè)階段，在該充電階段，恒流充電電流不變，電壓持續(xù)上升，當(dāng)電壓達(dá)到調(diào)節(jié)電壓時(shí)，充電進(jìn)入恒壓充電階段。在恒壓階段，充電電流逐漸減小，BQ24610負(fù)責(zé)管理充電電流。在VTT有效情況下，如果VVFB>VRECH,并且ICHARGE

BQ24610能夠自動(dòng)選擇適配器或者電池給負(fù)載供電，當(dāng)處于上電狀態(tài)或者睡眠模式的時(shí)候，電池連到負(fù)載。當(dāng)電池跳出睡眠模式30ms,電池自動(dòng)與負(fù)載斷開，適配器與電池相連。一個(gè)自動(dòng)閉合邏輯防止轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的時(shí)候電流擊穿。每次確保輸出電容或者電源轉(zhuǎn)換器沒(méi)有充或擊穿之后，進(jìn)入快速充電模式，充電器自動(dòng)軟啟動(dòng)充電器調(diào)節(jié)電流。

3.便攜式制氧機(jī)中的鋰離子電池充電管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

依據(jù)參數(shù)要求，我們結(jié)合BQ24610的特性設(shè)計(jì)了一套適合四節(jié)鋰離子電池的充放電系統(tǒng)，電路圖如圖3所示。該系統(tǒng)是給便攜式分子篩制氧機(jī)供電，實(shí)現(xiàn)了以下設(shè)計(jì)：

圖3 鋰離子電池的充放電電路