摘要：BQ24610是TI公司推出的一款比較先進(jìn)的，面向5V至28V電壓輸入的鋰離子電池供電應(yīng)用開(kāi)關(guān)模式獨(dú)立電池充電器IC.基于便攜式分子篩制氧機(jī)的電源管理的設(shè)計(jì)需求，經(jīng)過(guò)對(duì)一系列芯片原理、性能、參數(shù)設(shè)置的分析討論，我們選用BQ24610芯片作為該電源管理部分的主控制芯片，結(jié)合部分外圍電路，實(shí)現(xiàn)該設(shè)計(jì)的電源的自動(dòng)選擇、內(nèi)部回路補(bǔ)償、內(nèi)部軟啟動(dòng)、動(dòng)態(tài)電源管理（DPM）、的充電電流與電壓調(diào)節(jié)、預(yù)充電、充電終止、適配器電流調(diào)節(jié)以及充電狀態(tài)監(jiān)控等功能。把該設(shè)計(jì)制成實(shí)驗(yàn)板，經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試，測(cè)試結(jié)果實(shí)現(xiàn)了預(yù)期性能指標(biāo)。

　　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，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，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(kāi)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(kāi)漏輸出狀態(tài)良好指示。STAT2（引腳9）：漏極開(kāi)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<VLOWV引腳的電壓，BQ24610控制電池進(jìn)入快速充電階段，預(yù)充電是為了激活正常的電池功能，預(yù)充電電流的大小約為充電電流的1/6,如果VLOW在30分鐘內(nèi)沒(méi)有達(dá)到啟動(dòng)預(yù)充電的值，充電關(guān)閉，status引腳顯示充電出錯(cuò)。

　　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<ITERM,檢測(cè)到充電終止。

　　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(kāi)，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

　　3.1 適配器或電池供電的設(shè)計(jì)

　　主要通過(guò)兩個(gè)P溝道的MOSFET實(shí)現(xiàn)。BQ24610能夠自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)適配器或者電池給負(fù)載供電，當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)或者進(jìn)入睡眠模式時(shí)，電池默認(rèn)與系統(tǒng)連接，當(dāng)退出休眠模式30ms,電池自動(dòng)與系統(tǒng)斷開(kāi)，適配器與系統(tǒng)連接。每次進(jìn)入快速充電，當(dāng)確定沒(méi)有過(guò)充、輸出電容和電源轉(zhuǎn)換器沒(méi)有過(guò)壓現(xiàn)象時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)軟啟動(dòng)充電電流管理。當(dāng)CE引腳的狀態(tài)指示燈亮表明系統(tǒng)進(jìn)入充電使能狀態(tài)。

　　3.2 鋰電池的電量檢測(cè)與充電指示設(shè)計(jì)

　　通過(guò)分壓法采集電池電量AD信號(hào)，通過(guò)I/O口傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理做出反應(yīng)。電池充電狀態(tài)的顯示是通過(guò)兩個(gè)LED燈（STAT1、STAT2），實(shí)現(xiàn)充電與充電完成狀態(tài)顯示。當(dāng)SRN與SRP之間的電壓低于5mv時(shí)，芯片自動(dòng)控制進(jìn)入周期循環(huán)充電潛流保護(hù)，這能夠阻止引起提振效應(yīng)的負(fù)面感應(yīng)電流。提振效應(yīng)能夠隨著電池到輸入電容的輸入電壓增大，導(dǎo)致VCC引腳過(guò)壓，引起系統(tǒng)損壞。輸入過(guò)壓和低壓保護(hù)，能夠有效的預(yù)防過(guò)壓或低壓對(duì)系統(tǒng)造成的損壞。電池的過(guò)壓保護(hù)，充電電流過(guò)流保護(hù)，熱關(guān)機(jī)保護(hù)等一系列的保護(hù)措施能夠大大提高系統(tǒng)的安全性。

　　3.3 系統(tǒng)電壓低于12V時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)機(jī)的設(shè)計(jì)

　　通過(guò)一個(gè)含有限制電壓是30V的P溝道MOSFET和一個(gè)分流基準(zhǔn)源實(shí)現(xiàn)，在此部分電路中電阻R43,R44需要滿足12*R44/（R43+R44）=2.5,經(jīng)計(jì)算取R43=38K,R44=10K3.4 系統(tǒng)按鍵開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)

　　含有按鍵開(kāi)關(guān)的S1部分能夠?qū)崿F(xiàn)該功能，主要原理如下：按鈕按下前，VT2的GS電壓（即C1電壓）為零，VT2截止，V1的GS電壓為零，V1截止無(wú)輸出；當(dāng)按下S1,C1充電，VT GS電壓上升至約3V時(shí)VT2導(dǎo)通，并迅速飽和，V1 GS電壓小于-4V,V1飽和導(dǎo)通，VOUT有輸出，發(fā)光管亮，C1通過(guò)R6、R12繼續(xù)充電，V1、VT2狀態(tài)被鎖定；當(dāng)再次按下按鈕時(shí)，由于VT2處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，漏極電壓約為0VC1通過(guò)R3放電，方至約3V時(shí)，VT2截止，V1柵源電壓大于-4V,V1截止，VOUT無(wú)輸出，發(fā)光管滅，C1通過(guò)R6、R12及外電路繼續(xù)放電，V1、VT2維持截止?fàn)睢?/FONT>