用于高端手持设备的低成本充电管理芯片BQ24070应用设计

摘要： 给出详细的锂电池充电管理芯片BQ24070应用设计。
关键词： 电池充电管理；DPPM；BQ24070
引言

　　BQ24070是TI(德州仪器公司)基于BQTINY III产品衍生出来的低成本单节锂电池线性充电管理芯片，支持USB和交流适配器充电模式，符合预充－恒流－恒压－涓充的充电过程；它具有DPPM(动态功率路径管理功能)，因此支持深度放电电池充电(插入交流适配器后不需要等待即可正常开机)和使用小功率交流适配器充电的应用，自动功率补偿、调整充电电流和系统电流分配关系，最大程度保证系统的正常工作；具有电池温度检测功能，在电池处于过冷或者过热的环境中充电时保护电池，避免损坏；支持高达1.5A充电电流，具有充电时间设置功能，避免电池长时间充电而损坏。BQ24070是20引脚3.5mm x 4.5mm QFN，小巧紧凑的封装形式节省PCB板空间。
 
　　适用范围：个人媒体播放器，多媒体手机，游戏机，PDA和其他手持设备。

图1  DPPM功能简图

功能设计

DPPM功能

　　动态功率路径管理(DPPM)是指当交流适配器或者USB电源提供的电流不足以满足电池充电和系统供电时，BQ24070的DPPM单元将进行下面两个操作：
　　1) 当Vout引脚电压降到1.15×VDPPM时(VDPPM即在RDPPM电阻上的电压)，BQ24070就会降低电池充电电流，阻止交流适配器或者USB电源电压的下降，将电源中的更多电流分配给系统—称为浅度DPPM模式。
　　2) 如果降低充电电流、甚至将所有充电电流都分配给系统，依然不能满足系统电流需求时，使得Vout电压继续下降，当Vout电压跌到预先设定电压值时，BQ24070就会从电池中自动抽取部分电流补充给系统，即Q2导通，Q2的最大电流通流量为4A—称为深度DPPM模式。

DPPM工作原理

　　通过设置DPPM引脚对地的电阻阻值即可完成，当系统电流与充电电流之和大于交流适配器或者USB电源最大输出电流时必然会引起交流适配器或者USB电源电压的跌落(当电源过载时，电源会进入限流模式，即电流会恒定到某一数值，但是电压会逐渐下降)，于是BQ24070的DPPM单元会检测OUT引脚的电压，当Vout电压等于VDPPM设定值时，DPPM单元开始工作。

DPPM设置准则

　　通常设置一个正确的DPPM值是需要遵循如下要求：
　　1) VDPPM=系统最低工作电压值＋0.5V，假如系统可以允许的最低工作电压为3.3V，那么最低的电压设置至少应在3.8V以上。
　　2) RDPPM值需在27K~36K±1%范围。

　　RDPPM 计算公式：

　　RDPPM = VDPPM/ (IDPPM×SF)
　　其中VDPPM为预设值，例如3.8V
　　IDPPM＝100mA
　　SF＝1.15

DPPM其他功能(可用于单独关断充电管理单元操作)

　　当交流适配器或者USB电源在位时，通过将DPPM引脚悬浮，可以达到单独关断充电管理单元的目的，不影响其他单元工作，交流适配器依然向系统供电，但是在此模式下DPPM功能被关断，所以如果适配器电流不足以供给系统，需要从电池中抽取电流补充到系统中时，电池向系统供电的阈值取决于OUT引脚电压是否跌落在电池电压以下，如果Vout电压低于Vbattery电压，则电池开始向系统供电。

入口电源和充电模式选择

　　当MODE引脚=1时，选择交流适配器模式为电池充电，同时从适配器中抽取电流给系统供电。
　　当MODE引脚=0时，选择USB电源模式为电池充电，同时从USB电源中抽取电流给系统供电。
　　当USB电源和适配器电源都不在位时，自动选取电池作为系统的供电电源。

充电电流设置

　　当电池电压低于典型值3V，芯片开始：预充(Vbat<3.0V)－恒流(Vbat>3.0V)－恒压(Vbat接近4.2V)－涓充(Vbat=4.2V)全系列过程。
　　当电池电压低于4.1V但是大于3V时，芯片自动进入：恒流－恒压－涓充过程。
　　当充电电流小于中止时充电电流ITERM设定值时，充电过程结束。
　　1)交流适配器输入模式(MODE引脚＝High)，通过设定ISET1引脚对地的电阻阻值实现。
　　快充电流设置：
　　ICHG＝VSET×KSET/RSET
　　其中当ISET2引脚=High，VSET=2.5V；当ISET2引脚=Low，VSET=1.25V；KSET=425
　　预充充电电流：
　　IPRECHG=(VPRECHG×KSET)/RSET