BQ24010, BQ24012,BQ24013, BQ24014, BQ24018是用于手持应用的单片锂离子充电管理集成电路(BQ TINY™)

元器件信息   2022-11-21 09:45   123   0  

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特征

•小3-mm×3-mm MLP(QFN)包装

•适用于单电池的低辍学设计Li-Ion或Li-Pol空间有限公司应用

•集成功率场效应管和电流传感器,用于高达1-A的充电应用

•反向漏电保护防止电池放电

•集成电流电压调节

•±0.5%调压精度

•按最小电流和时间终止充电

•带安全计时器的预充电调节

•LED或系统接口的状态输出指示充电和故障状态

•电池插入和取出检测

•与受管制和不受管制的供应品合作

•短路保护

•充电电压选项:4.2 V和4.36 V

应用

•手机

•PDA系统

•MP3播放器

•数码相机

•互联网设备

说明

bqTINY™ 系列是高度集成的锂离子和锂极化线性电荷管理设备,针对空间有限的便携式应用。bqTINY™ 系列提供集成功率场效应管和电流传感器,反向闭锁保护,高精度电流和电压调节,充电状态,充电终端,在一个小的封装。

bqTINY™ 对蓄电池进行三相充电:调节、恒流和恒压。根据最小电流终止充电。内部充电计时器为充电终止提供备用安全功能。bqTINY™ 如果电池电压低于内部阈值,则自动重新开始充电。bqTINY™ VCC电源断开时自动进入睡眠模式。

除了标准功能外,bqTINY的不同版本™ 提供许多附加功能。其中包括用于检测热电池组或冷电池组的温度感应输入;指示存在有效输入电源的电源良好(PG)输出;用于禁用或启用充电过程的TTL电平充电启用输入(CE);以及用于禁用或启用快速充电定时器和充电的TTL电平定时器和终端启用(TTE)输入终止。

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设备信息

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功能框图

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功能描述

bqTINY™ 支持适用于单电池的精密锂离子锂极化充电系统。图2显示了典型的电荷分布、应用电路,图5显示了操作流程图。

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温度鉴定

注意:温度限定仅适用于具有温度感应输入(TS)引脚选项(bq24020和bq24014)的版本。

bqTINY的版本带有TS管脚选项,通过测量TS管脚和VSS管脚之间的电压来连续监测电池温度。负温度系数热敏电阻(NTC)和外部分压器通常产生该电压(见图3)。bqTINY将该电压与内部V(TS1)和V(TS2)阈值进行比较,以确定是否允许充电(见图6)。由于外部分压器和内部阈值与VCC成比例关系,因此温度传感电路对VCC中的任何波动都免疫。

一旦检测到超过V(TS1)和V(TS2)阈值的温度,bqTINY立即暂停充电。bqTINY通过关闭功率场效应管并保持定时器值(即定时器不复位)来暂停充电。当温度恢复到典型范围时,充电恢复。

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RT1和RT2的电阻值由式1和式2计算(对于NTC热敏电阻)。

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式中,RTC是热敏电阻的低温电阻,RTH是热敏电阻制造商规定的热敏电阻的高温电阻。

如果只需要一个温度(热或冷)设置,则可以省略RT1或RT2。将VTS1和VTS2阈值之间的恒定电压应用于引脚TS将禁用温度感应功能。

蓄电池预调节

在充电周期中,如果电池电压低于V(低V)阈值,bqTINY会向电池施加一个预充电电流IO(PRECHG)。这一特性使深放电的细胞复活。ISET和VSS之间连接的电阻RSET决定预充电率。V(PRECHG)和K(SET)参数在规格表中指定。

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bqTINY在调节阶段启动一个安全计时器t(PRECHG)。如果在定时器周期内未达到V(低V)阈值,bqTINY将关闭充电器,并在STAT1和STAT2引脚上发出故障信号。有关更多详细信息,请参阅计时器故障恢复部分。

电池充电电流

bqTINY提供可编程设定值的片内电流调节。ISET和VSS,RSET之间的电阻决定了充电率。V(SET)和K(SET)参数在规格表中指定。

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蓄电池电压调节

电压调节反馈通过BAT引脚完成。该输入直接与电池组的正极侧相连。bqTINY监控电池组在电池和VSS引脚之间的电压。当电池电压上升到VO(REG)阈值时,电压调节阶段开始,充电电流开始逐渐减小。

作为安全备份,bqTINY还监视充电模式下的充电时间。如果在这段时间内没有终止,t(CHG),bqTINY关闭充电器,并在STAT1和STAT1引脚上宣布故障。有关更多详细信息,请参阅计时器故障恢复部分。

充电锥度检测、终止和充电

bqTINY在电压调节阶段监测充电电流。一旦检测到锥化阈值I(锥化),bqTINY启动锥化计时器t(锥化)。计时器过期后收费终止。ISET和VSS,RSET之间连接的电阻决定了锥度检测水平。V(锥度)和K(设置)参数在规格表中指定。

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如果充电电流返回到锥形阈值I(锥形)以上,bqTINY会重置锥形定时器。

除了锥形电流检测之外,bqTINY在电荷电流低于I(项)阈值时终止电荷。此功能允许快速识别电池取出情况或插入充满电的电池。注意锥形定时器不用于I(项)检测。ISET和VSS,RSET之间连接的电阻决定了锥度检测水平。V(项)和K(集)参数在规格表中指定。

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充电结束后,一旦电池引脚上的电压低于V(RCH)阈值,bqTINY将重新开始充电。此功能使电池始终保持满容量。有关更多详细信息,请参阅电池缺失检测部分。

睡眠模式

如果VCC从电路中移除(PG pin为高阻抗),bqTINY进入低功耗睡眠模式。此功能可防止在没有VCC的情况下耗尽电池电量。当处于睡眠模式或VCC<VPOR且默认为关闭状态时,状态管脚不起作用。

充电状态输出

开路集电极STAT1和STAT2输出指示下表所示的各种充电器操作。这些状态管脚可用于驱动LED或与主机处理器通信。注意,关闭表示开路集电极晶体管已关闭。当VCC<VPOR或VCC<VBAT(睡眠模式–PG关闭)时,STAT管脚默认为关闭状态。注意,该STAT1或STAT2关闭/关闭状态由多个操作条件共享。通过监视IN、BAT、PG和TS来解码实际故障状态。

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PG输出

开路集电极PG(电源良好)指示AC适配器(即VCC)何时存在。当检测到有效的VCC时,PG双极晶体管打开。此输出在睡眠模式下关闭。PG引脚可用于驱动LED或与主机处理器通信。

CE输入(充电启用)

CE数字输入用于禁用或启用充电过程。此引脚上的低电平信号启用充电,而高电平信号禁用充电。此引脚上的高-低转换也会重置所有计时器和故障条件,并开始新的充电循环。

TTE输入(定时器和终端启用)

TTE数字输入用于禁用或启用快速充电定时器和充电终止。此引脚上的低电平信号启用快速充电定时器和终端,而高电平信号禁用此功能。此管脚上的高-低转换也会重置所有计时器。

热停堆及保护

bqTINY监控模具的连接温度TJ,如果TJ超过155°C,则暂停充电。当TJ降至约130°C以下时,充电恢复。

无电池检测

对于具有可移动电池组的应用,bqTINY提供了一种无电池检测方案,以可靠地检测电池组的插入或移除,或两者兼而有之。

快速充电后,已充电的蓄电池保持蓄电池引脚上的电压高于蓄电池充电阈值V(RCH)。当电池引脚的电压下降到充电阈值时,无论是由于电池负载还是由于电池拆卸,bqTINY开始进行电池缺失检测测试。该测试包括使检测电流I(检测)持续t(检测)并检查电池电压是否低于预充电阈值V(低电压)。随后,预充电电流IO(PRECHG)被施加一段时间t(检测),并再次检查电池电压是否高于充电阈值。其目的是试图关闭一个电池组与开放的保护,如果一个连接到bqTINY。通过放电和充电测试表明,STAT引脚上存在电池缺失故障。任何一个测试失败都将启动新的充电循环。对于缺少电池的情况,电池引脚上的电压在V(低电压)和VO(调节)阈值之间无限期地上升和下降。见图7。

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定时器故障恢复

如图5所示,bqTINY提供了一种处理计时器故障情况的恢复方法。下面的条件总结了这种方法。

条件1:充电电压高于充电阈值(V(RCH))并且发生超时故障

恢复方法:bqTINY等待电池电压降至充电阈值以下。这可能是由于蓄电池负载、自放电或蓄电池拆卸造成的。一旦电池低于充电阈值,bqTINY将清除故障并进入电池缺失检测程序。POR或CE开关也可以清除故障。

条件2:充电电压低于充电阈值(V(RCH))且发生超时故障。

恢复方法:在这种情况下,bqTINY应用I(故障)电流。此小电流用于检测蓄电池的拆卸情况,并在蓄电池电压保持在充电阈值以下时保持接通。如果电池电压高于充电阈值,bqTINY将禁用I(故障)电流并执行条件1所述的恢复方法。一旦电池低于充电阈值,bqTINY将清除故障并进入电池缺失检测程序。POR或CE开关也可以清除故障。

应用程序信息

选择输入电容器

在大多数应用中,只需要一个高频去耦电容器。一个0.47-μF的陶瓷,放置在靠近VCC和VSS引脚的地方,效果很好。bqTINY设计用于调节和非调节外部直流电源。如果选择非稳压电源,则电源单元应具有足够的电容,以在最大负载下将电源电压保持在所需的最小输入电压。否则,必须在充电器的输入端增加更多的电容。

选择输出电容器

bqTINY只需要一个小的输出电容器就可以保证环路的稳定性。在电池和ISET引脚之间放置一个0.1μF的陶瓷电容器通常足以用于嵌入式应用(例如不可拆卸的电池组)。对于带有可拆卸电池组的应用,1μF陶瓷电容器可确保电池检测电路的正常工作。注意,输出电容器也可以放在BAT和VSS引脚之间。

热因素

bqTINY封装在热增强MLP(也称为QFN)封装中。该封装包括热垫,以在设备和印刷电路板(PCB)之间提供有效的热接触。QFN/SON PCB附件应用说明(SLUA271)中提供了该封装的完整PCB设计指南。

测量封装热性能最常用的方法是测量(或模拟)从器件连接处到封装表面周围空气(环境)的热阻抗(θJA)。θJA的数学表达式为:

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式中:

TJ=器件结温

TA=环境温度

P=设备功耗

对θJA的测量和计算有较大影响的因素有:

•设备是否安装在板上

•痕迹尺寸、成分、厚度和几何形状

•设备方向(水平或垂直)

•被测装置周围的环境空气体积和气流

•其他表面是否靠近被测设备

器件功耗P是电荷率和内部功率场效应管压降的函数。可由下列方程式计算:

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由于锂xx电池的充电特性,当电池电压处于最低值时,最大功耗通常出现在充电周期的开始。见图2。

PCB布局注意事项

特别注意印刷电路板的布局是很重要的。以下列表提供了一些指导原则:

•为了获得最佳性能,VCC至VSS的去耦电容器和BAT至ISET的输出滤波电容器应尽可能靠近bqTINY,信号和VSS管脚都应短距离运行。

•所有低电流VSS连接应与电池的高电流充电或放电路径分开。使用同时包含小信号接地路径和电源接地路径的单点接地技术。

•BAT引脚是对设备的电压反馈,应尽可能靠近电池组与其轨迹相连。

•进出管脚的大电流充电路径的大小必须适合最大充电电流,以避免这些路径中的电压下降。

•bqTINY封装在热增强MLP封装中。该封装包括热垫,以在设备和印刷电路板(PCB)之间提供有效的热接触。本包装的完整印刷电路板设计指南见应用说明,标题为:QFN/SON印刷电路板附件应用说明(SLUA271)。

•暴露的热垫和设备的VSS引脚之间有内部电气连接。暴露的热垫必须连接到与印刷电路板上的VSS引脚相同的电位。不要使用热垫作为设备的主接地输入。车速传感器针脚必须始终接地。

包装材料信息

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