锂电池充电器原理

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摘要： 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： 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 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

锂电池充电器原理

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 NT
C 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

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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

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