简析锂电池线性充电管理芯片BQ2057及其应用

　　1.　1.引言

　　BQ2057系列是美国TI公司生产的先进锂电池充电管理芯片，BQ2057系列芯片适合单节(4.1V或4.2V)或双节(8.2V或8.4V)锂离子(Li-Ion)和锂聚合物(Li-Pol)电池的充电需要，同时根据不同的应用提供了MSOP、TSSOP和SOIC的可选封装形式，利用该芯片设计的充电器外围电路及其简单，非常适合便携式电子产品的紧凑设计需要。BQ2057可以动态补偿锂电池组的内阻以减少充电时间，带有可选的电池温度监测，利用电池组温度传感器连续检测电池温度，当电池温度超出设定范围时BQ2057关闭对电池充电。内部集成的恒压恒流器带有高/低边电流感测和可编程充电电流，充电状态识别可由输出的LED指示灯或与主控器接口实现，具有自动重新充电、最小电流终止充电、低功耗睡眠等特性。

　　2.功能及特性

　　2.1 器件封装及型号选择

　　BQ2057系列充电芯片为满足设计需要，提供了多种可选封装及型号，其封装形式如图2－1所示，有MSOP、TSSOP和SOIC三种封装形式。其型号如表2－1所示，有BQ2057、BQ2057C、BQ2057T和BQ2057W四种信号，分别适合4.1V、4.2V、8.2V和8.4V的充电需要。


　　BQ2057的引脚功能描述如下：

　　VCC(引脚1):工作电源输入；
　　TS(引脚2):温度感测输入，用于检测电池组的温度；
　　STAT(引脚3):充电状态输出，包括:充电中、充电完成和温度故障三个状态；
　　VSS(引脚4):工作电源地输入；
　　CC(引脚5):充电控制输出；
　　COMP(引脚6):充电速率补偿输入；
　　SNS(引脚7):充电电流感测输入；
　　BAT(引脚8):锂电池电压输入；

　　2.2 充电状态流程

　  BQ2057的充电分为三个阶段：预充状态、恒流充电和恒压充电阶段。


　　2.2.1 预充阶段

　　在安装好电池并加上电源后，BQ2057首先检查工作电压VCC，当工作电压过低时充电器进入睡眠模式，若工作电压正常，则检查电池温度是否在设定范围，若不正常则进入温度故障模式，否则检测电池电压VBAT，当电池电压VBAT低于低压门限V(min)时，BQ2057以恒流IREG10％的电流IPRE对电池预充电，

　　2.2.2 恒流充电

在完成对电池预充或电池电压VBAT低于恒压VREG时，BQ2057进入恒流充电状态，此时由外部的感测电阻RSNS上的压降监控充电电流，该电阻可采取高/低边的连接方式，在高边电流检测中RSNS接在VCC和SNS引脚间，在低边电流检测中RSNS接在VSS和SNS引脚间。

　　2.2.3 恒压充电

　　当充电电压达到恒压VREG时进入恒压充电状态。在整个工作温度和工作电压范围内，恒压精度高于±1%，BQ2057通过VBAT和VSS引脚监测电池组电压，当充电电流达到终止门限I(TERM)时停止充电，当电池电压低于重新充电门限电压V(RCH)时自动开始重新充电。BQ2057除了能实现标准的4.1V、4.2V、8.2V和8.4V电压充电外，还可以通过分压实现对非标准电压充电，其方法是用分压电阻实现的电池分压值作为BAT引脚的输入。

　　2.3 电池温度监测

 

　　BQ2057通过测量TS与VSS引脚间的电压实现对电池组温度的连续监测，常用热敏电阻作为温度传感器，并通过分压电阻实现，如图3－1所示。分压电阻的阻值可根据参数计算。BQ2057将该电压与内部的V(TS1)和V(TS2)门限电压比较以决定是否允许充电。由于外部分压及内部门限电压均以VCC为参考，保证了温度检测电路不受工作电源VCC的波动影响。当把TS引脚连到VCC或VSS时，可以禁止BQ2057的充电功能。

　　2.4 充电状态指示

　　BQ2057通过三态引脚STAT报告当前的充电状态：充电状态高电平、充电完成低电平、温度故障或睡眠状态高阻态。当将STAT引脚与单LED或双LED反接方式连接时，可实现充电状态的LED指示，也可以将STAT口与仪器微控制器接口，微控制器通过识别STAT口的三种状态实现仪器的智能管理。

　　3．典型充电器电路设计

　　利用BQ2057设计的充电器电路简单，可广泛应用于目前的便携式电子系统的电源管理，对于便携式电子产品的紧凑设计很有意义。

　　采用BQ2057设计的锂电池充电电路可实现对1节或两节锂电池的充电，工作电源DC+根据充电锂电池组的电压选择，推荐工作电压4.5V～18V，电池组的正端电压PACK+接BAT引脚，TS引脚检测电池组的热敏电阻NTC通过分压电阻后的分压值，以此判断温度是否正常，BQ2057可设计由PNP晶体管或P沟道MOSFET管充电，在选择时应满足功耗要求。

　　4．结束语

　　在我们所设计的便携式电子仪器中，选择了BQ2057W芯片设计仪器的7.2V锂离子电池组充电电路，该充电电路非常简单，整个充电过程及状态显示均由BQ2057单独实现，整个电源管理模块简单可靠，该充电器电路对于涉及到锂电池充电要求的电子系统设计很有价值。