基于BQ24296單芯鋰電池充放電管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

國(guó)網(wǎng)葫蘆島市郊區(qū)供電分公司 劉海權(quán)

基于BQ24296單芯鋰電池充放電管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

國(guó)網(wǎng)葫蘆島市郊區(qū)供電分公司 劉海權(quán)

隨著科技的進(jìn)步，便攜式移動(dòng)終端應(yīng)用越來(lái)越多，大部分移動(dòng)終端均使用鋰電池進(jìn)行供電。本文使用TI公司單芯鋰電池管理芯片BQ24296設(shè)計(jì)了一個(gè)智能充放電管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以防止電芯過(guò)沖，過(guò)放，短路，過(guò)流等充電過(guò)程中的經(jīng)常遇到的棘手問(wèn)題。該系統(tǒng)還可以通過(guò)編程改變BQ24296內(nèi)部寄存器狀態(tài)，讓用戶(hù)按照自己的需求自己通過(guò)I2C總線(xiàn)配置相關(guān)參數(shù)，這樣就大大增加了系統(tǒng)應(yīng)用的彈性。本文對(duì)后續(xù)電源管理的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)有一定的指導(dǎo)意義。

BQ24296；充放電管理；參數(shù)可編程

1 引言

圖2-1 BQ4296封裝引腳圖

2 bq24296功能及特性

2.1 器件封裝

bq24296采用24引腳4x4 mm2超薄VQFN封裝，如圖2-1所示。

2.2 部分引腳功能描述

VBUS-充電器輸入接口

PSEL-電源輸入選擇端，高電平時(shí)選擇USB電源，低電平時(shí)選擇適配器電源

STA-開(kāi)漏充電狀態(tài)輸出引腳，用來(lái)指示充電器的運(yùn)行狀態(tài)。

SCL-IIC接口時(shí)鐘引腳

SDA-IIC接口數(shù)據(jù)引腳

INT-開(kāi)漏中斷輸出，用來(lái)向主控發(fā)送充電器狀態(tài)和故障信息。

在配合物1中，位于1691,1602和1414cm-1的強(qiáng)吸收峰被指認(rèn)為配體oba的vas(COO)和vs(COO)，表明羧基氧原子與釤離子配位[19]。3200 到3600 cm-1 的較寬吸收峰歸屬于O-H的特征振動(dòng)峰[20]。上述分析結(jié)果與晶體結(jié)構(gòu)相吻合。

CE-充電使能引腳，充電時(shí)必須拉低。

ILIM-用來(lái)設(shè)置最大輸入電流。

TS-溫度采集引腳，用來(lái)采集電芯的溫度。

QON-可懸空，已經(jīng)不用。

BAT-接電池正端。

SYS-向系統(tǒng)供電端

PGND-電源地。

SW-開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)連接外部電感。

BTST-經(jīng)0.047uF電容連接到SW

REGN-經(jīng)4.7uF電容連接到電源地。

PMID-經(jīng)8.2uF電容連接到電源地。

2.3 工作原理

BQ24296典型應(yīng)用電路如圖2-2所示。

2.3.1 BQ24296充電管理

BQ24296芯片內(nèi)部電路由VBUS以及BAT供電。芯片上電后，I2C接口電路準(zhǔn)備就緒，所有內(nèi)部寄存器復(fù)位到默認(rèn)值，主控可以獲取所有寄存器的值。當(dāng)一個(gè)直流適配器接入，芯片檢測(cè)輸入源的電壓，并打開(kāi)相應(yīng)轉(zhuǎn)換電路，并在真正進(jìn)行充電之前檢測(cè)輸入電流。使用該芯片對(duì)一節(jié)鋰電池進(jìn)行充電時(shí)，最大電流可達(dá)到3A，其內(nèi)部24mΩBATFET內(nèi)阻提高了充電效率，減小了放電時(shí)候的壓降。系統(tǒng)上電后，在沒(méi)有主控干預(yù)的情況下，BQ24296可以自己完成整個(gè)充電過(guò)程。充電過(guò)程采用的默認(rèn)參數(shù)如下：充電電壓4.208V；充電電流2.048V，預(yù)充電電流256mA；終止充電電流256mA。

電源路徑管理將系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)為稍稍高于電池電壓，但是又不會(huì)下降到低于3.5V最小系統(tǒng)電壓（可編程）。借助于這個(gè)特性，即使在電池電量完全耗盡或者電池被拆除時(shí)，系統(tǒng)也能保持運(yùn)行。當(dāng)達(dá)到輸入源電流或電壓限值時(shí)，電源路徑管理自動(dòng)將充電電流減少為零，然后開(kāi)始對(duì)電池放電，直到滿(mǎn)足系統(tǒng)的電源需求。這個(gè)充電模式操作可保證輸入源不會(huì)過(guò)載。

圖3-1 BQ24296充放電管理電路原理圖

圖2-2 BQ24296典型應(yīng)用電路

圖2-3 充電過(guò)程電壓電流隨時(shí)間變化

2.3.2 充電過(guò)程

此器件在主機(jī)控制不可用時(shí)開(kāi)始且完成一個(gè)充電周期。它分三個(gè)階段對(duì)電池進(jìn)行自動(dòng)充電：預(yù)調(diào)節(jié)、恒定電流和恒定電壓。在充電周期的末尾，當(dāng)充電電流低于在恒定電壓階段中預(yù)設(shè)定的限值時(shí)，充電器自動(dòng)終止。之后，當(dāng)電池電壓下降到低于再充電閾值時(shí)，充電器將自動(dòng)啟動(dòng)另外一個(gè)充電周期。如圖2-3所示。

2.3.3 充電狀態(tài)指示

STAT引腳電平狀態(tài)作為充電狀態(tài)的指示，如圖2-2所示，處于正常充電狀態(tài)是，發(fā)光二極管亮，充電完成時(shí)發(fā)光二極管滅，當(dāng)充電過(guò)程出現(xiàn)輸入過(guò)壓，溫度過(guò)高，輸入或者系統(tǒng)過(guò)壓等故障情況時(shí)，發(fā)光二極管以1Hz頻率閃爍。在一些應(yīng)用中，主控不會(huì)一直監(jiān)視充電狀態(tài)，這時(shí)可以利用芯片的INT引腳，充電故障時(shí)，INT引腳發(fā)送一個(gè)長(zhǎng)為256us的高脈沖，來(lái)通知主控來(lái)讀取存放在芯片內(nèi)部的故障原因。

3 應(yīng)用實(shí)例

根據(jù)BQ24296芯片的特點(diǎn)，以及項(xiàng)目需求。我們?cè)O(shè)計(jì)了一套單芯18650電池充放電電路給嵌入式系統(tǒng)供電。如圖3-1所示當(dāng)適配器接入時(shí)，系統(tǒng)從適配器取電，適配器不接入時(shí)，系統(tǒng)有單芯鋰電池供電。該電路可以平穩(wěn)地給嵌入式系統(tǒng)供電，可以有效防止出現(xiàn)過(guò)沖過(guò)放過(guò)流高溫等故障情況。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文系統(tǒng)介紹了BQ24296芯片的使用方法，并根據(jù)BQ24296的功能和特點(diǎn)設(shè)計(jì)出一個(gè)完整的充放電管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以給單芯鋰電池很好地進(jìn)行充放電管理。可以應(yīng)用在嵌入式電源管理領(lǐng)域。單芯鋰離子電池比如18650電池，或聚合物鋰電池應(yīng)用非常廣泛，管理鋰電池的芯片也相當(dāng)多，不過(guò)他們的用法都很類(lèi)似，本文所述可以為鋰電池充放電電路設(shè)計(jì)者提供有意義的參考。

[1]王秀榮,黃偉志.基于BQ24703的智能電池充放電系統(tǒng)[J].儀器儀表用戶(hù)雜志,20071(14).

[2]http://www.ti.com.cn/cn/lit/ug/sluuaq1/sluuaq1.pdf.BQ24296用戶(hù)手冊(cè).

[3]趙晶,吳貴臣,馮平等.基于 BQ24032 的鋰電池充電管理電路設(shè)計(jì)[J].中國(guó)儀器儀表,2007(7).

[4]Y.Xing,E.W.M.Ma,K.L.Tsui,and M.Pecht,”Battery Management Systems in Electric and Hybird Vehicles”Energies,vol 4, no.12,pp.1840-1857,Oct.2011

劉海權(quán)（1966—），男，遼寧葫蘆島人，主要從事電力技術(shù)及節(jié)能方面的研究。