可编程蓄电池快充电控制芯片bq2000

作者：sylar时间：2009-08-26

　　简介：

　　本文主要介绍了采用可编程蓄电池快速充电控制芯片bq2000的充电电路，它由于采用高频开关电路结构，所以效率高，使用方便。可用于镉镍、镍氢或锂电池的安全快充电。具有保护功能全，使用安全可靠的特点。

　　关键词：可编程快充电控制芯片镉镍、镍氢、锂电池充电模式充电预检测涓充

　　一、特点：

　　1.可用于镉镍、镍氢或锂电池的安全快速充电。

　　2.由于采用高频开关电路结构，所以效率高，使用方便。

　　3.可实现对充电短路、损坏或过热电池的充电预检测。

　　4.通过峰值电压，最小电流(锂离子电池)，最高温度和最长充电时间检测实现中止快充电。

　　5.对镍氢电池采用充足后中止充电模式。

　　6.深度放电而损坏的电池可采用可偏程涓流充电模式来激活，也可以用于电池放电后的检修。

　　7.具有检测是否电池放入充电器功能。

　　8.低功耗状态可处于体眠工作模式。

　　二、功能简介：

　　bq2000芯片用于镉镍、镍氢、锂离子电池的可编程快充电。它具有检测电池类型并相应进行优化充电和中止充电的功能。可避免欠充，过充对电池的损坏，从而实现安全可靠的快充控制。

　　根据电池的类型，bq2000采用以下准则结束充电。

　　1.峰值电压检测PVD(对镉镍，镍氢电池)。

　　2.最小充电电流检测(对锂离子电池)。

　　3.最高温度检测。

　　4.最大充电时间检测。

　　为了安全起见，当电池充电压、温度到达用户定义值时，bq2000具有自动中止充电的功能。如果电池电压低于电池电压下限值、bq2000采用涓流充电形式对电池充电。对镍氢电池，bq2000提供优化的上限充电中止功能来使电池充电充足。

　　由于bq2000采用了高频开关电路工作方式，所以它对镍、锂类的电池充电可做到高效，电路简单。

　　bq2000引脚图如图1所示。

　　图1 bq2000引脚图

　　引脚为8脚DIP、S0IC，或TSSOP封装，图中各引脚功能为：

　　SNS：电流检测输入 TS：温度检测输入

　　VSS：芯片地 RC：定时编程输入

　　LED：充电状态指示 Vcc：供电

　　BAT：电流电压输入 MOD：调制-控制输出

　　引脚功能介绍：

　　SNS：电流检测输入。通过一个电流检测电阻来检测电池充电电流。

　　Vss：芯片地。

　　LED：充电状态指示输出。通过外接发光二极管的通、断发光闪烁来指示充电状态。

　　BAT：通过接在充电电池两端的电阻分压电路来检测电池电压。

　　TS：温度检测输入。外部电池温度检测信号输入。通过电阻分压和一个负温度系数的热敏电阻来设定温度的上、下限值。

　　RC：可偏程定时输入。用以编程最大充电时间，保持时间、充电脉冲占空比，并可用以有效或中止充电功能。

　　Vcc：电源供电输入。

　　MOD：调制-控制输出。

　　bq2000采用一个推挽输出用以控制电池的充电电流。该端子为高电位时对电池充电，低电位时中止充电功能。

　　三、功能介绍

　　bq2000是一个多用途，多种电池类型充电的控制芯片。图2表示功能框图。

　　图2 功能框图

　　3.1 初始化和充电设置

　　当bq2000检测到下列情况时，bq2000开始初始化一个充电周期。

　　1.bq2000加电时。

　　2.换电池时。

　　3.脱离休眠状态时。

　　4.电池电耗尽时(仅对锂离子电池有效)。

　　紧接着初始化后，bq2000进入充电设置模式。bq2000的充电设置基于电池电压和温度。如果BAT端子电压低于内部阈值电压VCBAT时，bq2000进入不充电状态，这表示可能电池无效或电池电极的短路。在激活一个深度放电电池时，bq2000每秒进行一次涓流充电并使MOD端子有效。如同在关断期(Ton-off)和涓流充电期的工作那样，涓流充电脉冲宽度由用户选定，并由连至RC端子的电阻值决定。

　　在这个工作期间，LED端子以1Hz的速率闪烁(高、低电位变化)，指示充电器的不充电状态。如果电池的温度超过VLTF~VHTF ，bq2000中止涓流充电。当电池的温度和电压在正常范围内时，bq2000进入快充状态。

　　四、电池种类

　　在快充状态的起始期，通过检测电池电压，bq2000可实现检测电池类型目的。如果BAT端子的输入电压上升到内部的VMCV参考电位时，则bq2000认为是锂离子电池，反之则bq2000认为是镉镍/镍氢电池。

　　如图7所示，在电池夹的正极和Vss端的分压电阻决定在BAT端子电压。在多电压用途设计场合，只要置电池夹的最大充电电压值低于锂离子电池夹的值时，这时采用一个公共的分压电路，否则，需采用不同的分压电路。

　　一旦电池类型决定后，bq2000通过适当的电路结构实现快充电(见表1)。有户可通过RC端子的电阻或电容值由自己选择。这点在后面将加以讨论。

　　五、镉镍和镍氢电池

　　在电池类型检测后，bq2000采用限流充电方式对镉镍或镍氢电池快充电。在快充电期间，bq2000通过监测充电时间，温度和内部中止充电电压标准值。接着快充电期，如果选择充电中止，则电池中止充电。这时只要BAT端子仍然低于VMCV值，则随着充电期的结束，紧接着进入涓流充电。

　　图3 锂离子电池充电图

　　表1 充电电路结构

　　电池类型充电电路结构

　　镉镍/镍氢1.充电检测。

　　2.如需要，涓充。

　　3.快充(恒流)。

　　4.充电结束(峰值电压，最大充电时间)。

　　5.中止充电(可选择)。

　　6.涓流。

　　锂离子1.充电检测。

　　2.如需要，涓流。

　　3.两步快充(恒压充电后接着恒流充电)。

　　4.充电中止(最小电流，最大充电时间)。

　　六、锂离子电池充电

　　对锂离子电池充电，bq2000采用了两步快充电的电路结构形式。在第一步充电期，bq2000采用恒流充电，直至VBAT电压上升至VMCV。紧接着bq2000进入第二充电期，采用恒压VMCV的恒压充电方式充电，当充电电流低于IMIN阈值电流时中止充电。如果电池电压低于VRCH阈值电压时，又开始一个新的充电期。

　　在调节充电电流的充电阶段，bq2000检测充电时间，电池温度和电池充电中止的标准参考电压值。在最终的恒压充电期间bq2000除了要检测充电时间和充电温度外，它还要和充电中止的电流参考值相比较。对锂离子电池，bq2000没设置后充电维护工作模式。

　　七、充电中止控制

　　7.1 最大充电时间(镉镍，镍氢和锂离子电池)。

　　通过RC端子bq2000设置它的最大充电时间。取不同的R、C值就可以得到不同的最大充电时间值。图4表示典型的电路连接。

　　图4 RC端子的典型连接

　　下面的公式表示了RMTO和CMTO值与最大充电时间(MTO)的相互关系。

　　MTO=RMTO×CMTO×35988

　　MTO的单位为分钟，RMTO单位为欧姆，CMTO的单位为法拉。(注：RMTO，CMTO取值也决定bq2000的其它性能)

　　对锂离子电池，当电池充电至恒压充电值后bq2000复位MTO。这个特性对锂离子电池提供了附加的充电时间。

　　7.2 最高温度(镉镍、镍氢、锂离子电池)

　　采用连接至Vss端子和电池端的一个负温度系数的热敏电阻，可实现温度补偿。在快充电期间，bq2000将电池温度和一个内部的高温关断阈值VTCO温度相比较。如图5所示。当端子Ts的电压低于这个阈值时，高温中止功能动作。

　　图5 温度检测电路

　　7.3 峰值电压(镉镍、镍氢电池)(PVD)检测法

　　bq2000采用峰值电压检测(PVD)的方法来中止镉镍，镍氢电池的充电。它不断取样BAT端子的电压，而BAT端子的电压又反应电池的电压，如果这个电压值低于最大取样电压值3.8mv(PVD)时bq2000开始峰值检测功能。如图6所示，在充电电池夹的正极和Vss端子间的分压电阻决定BAT端子的电压。