先进的锂电池线性充电管理芯片BQ2057及其应用
摘要：本文介绍美国ti公司生产的先进锂电池充电管理芯片bq2057，利用bq2057系列芯片及简单外围电路可设计低成本的单/双节锂电池充电器，非常适用于便携式电子仪器的紧凑设计。本文将在介绍bq2057芯片的特点、功能的基础上，给出典型充电电路的设计方法及应用该充电芯片设计便携式仪器的体会。 关键词：锂电池 充电器 bq2057
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。
元件型号
充电电压
bq2057
4.1v
bq2057c
4.2v
bq2057t
8.2v
bq2057w
8.4v
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的充电状态流程如图2-3所示，其充电曲线如图2-2所示，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，如图2-4所示，通过sns引脚获得充电电流的反馈，感测电阻由公式(1)计算：
其中ireg为预期的充电电流，vsns可在bq2057的电特性表中查得。
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，如图2-4所示。
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，采用pnp晶体管的充电电路参看图3-1，采用p沟道mosfet管的充电电路参看图3-2。
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。
参考文献
1.bq2057/c/w/t advanced li-ion linear charge management ic，2000, texas instruments incorporated