PC电池充电控制器管理论文

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DPMbq24700/01

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±4％。当对Li＋电池充电时，充电电压精度可达±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1bq24700/01的引脚功能

引脚名称引脚号I/O功能

ACDET1IAC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

ACDRV24OAC或适配器电源选择输出

ACN11I适配器电流感测放大器负差分输入

ACP12I适配器电流感测放大器正差分输入

ACPRES2O开路漏极输出，用作指示AC电源的存在

ACSEL3I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

ACSET6I用于在DPM发生时编程适配器电流

ALARM19O枯竭电池报警输出

BATDEP4I已耗尽枯竭的电池电平设定输入

BATDRV23O电池电源选择输出

BATP13I电流充电调整电压检测输入

BATSET9I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（±0.05%）的参考电压

COMP10O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

ENABLE8I充电赋能

GND17-电源地回复，公共参考

IBAT14O电池电流差分放大器输出

PWM21O栅极驱动器输出

SRN15I电池电流感测放大器负差分输入

SRP16I电池电流感测放大器正差分输入

SRSET5I电池充电电流编程端，用于设定充电电流的限制电平

V22I工作电源

VHSP20O驱动外部MOSFET的电压源

VREF7O5V、±0.6%的参考电压

Vs18I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IC5V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]·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2bq24700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2bq24700/01的选择方式

条件

TA=-40～85℃选择器操作

bq24700bq24701

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）×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。