用于高端手持设备的低成本充电管理芯片BQ24070应用设计

 　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

其中VPRECHG=0.25V；KSET=425

中止时充电电流阈值：
ITERM=(KSET×VTERM)/RSET
其中当ISET2引脚= High，VTERM=0.25V；当ISET2引脚= Low，VTERM=0.1V；KSET=425
2)USB电源输入模式(MODE引脚＝Low)，通过配置ISET2引脚的电位
ISET2引脚=High，ICHG=500mA，IPRECHG=ITERM=50mA
ISET2引脚=Low，ICHG=100mA，IPRECHG=ITERM=10mA
充电时间设置(保护电池在异常充电状态时不被损坏，一旦超时就立刻强行关闭充电单元中止充电)
通过设置TMR引脚对地的电阻实现。
1)tCHG=KTMR×RTMR，其中KTMR=0.36s/kW；RTMR取值范围30kW~100kW
2)预充时间：tPRECHG= 0.1×tCHG
3)如果芯片进入热保护或者进入DPPM状态时，需要按照下列公式计算：
tCHG_TREG＝(tCHG×VSET)/ VSET_REG
VSET_TREG =(ICHG×RSET)/KSET
其中KSET=425，ICHG为所设定的充电电流，但是在此模式下，充电电流是由芯片自己调节，不受RSET电阻设定值控制。
4)如果不使用TMR引脚设定安全充电时间，则需要将TMR引脚与VREF引脚连接
温度保护设置
1)将TS引脚与电池包内部的负温度系数的热敏电阻(典型值103AT，10K@25℃)连接即可实现(见图2)。
一定要保证VTS电压满足如下范围才可以使得芯片处于正常工作状态：
0.5V<VTS<2.5V，VTS=0.1mA×RNTC
对于NTC电阻：0.5V代表高温侧的电压阈值；2.5V代表低温侧的电压阈值。
否则芯片会认为电池温度处于不正常状态而拒绝启动充电单元。
3) 如果不使用温度检测功能，将TS引脚与地之间接入一只10KW固定阻值电阻即可。