BQ25170：高效单节锂电池线性充电器的深度解析

在当今便携设备高度普及的时代，高效、安全的电池充电解决方案至关重要。TI推出的BQ25170线性充电器，专为单节Li - Ion、Li - Polymer和(LiFePO_{4})电池设计，以其出色的性能和丰富的功能，成为了空间受限便携式应用的理想选择。

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一、BQ25170的核心特性

1. 输入电压与功耗特性

BQ25170具备高达30V的输入电压耐受能力，这使其能适应多种电源环境。它还拥有自动睡眠模式，有效降低功耗，电池泄漏电流仅350nA，充电禁用时输入泄漏电流为85μA，在节能方面表现出色。

2. 电池兼容性与可编程性

该充电器支持单节Li - Ion、Li - Poly和(LiFePO{4})电池。通过VSET引脚设定电池调节电压，如Li - Ion电池可设置为4.05V、4.1V、4.2V、4.35V、4.4V；(LiFePO{4})电池可设置为3.5V、3.6V、3.7V。ISET引脚则用于设置充电电流，范围从10mA到800mA，满足不同电池的充电需求。

3. 高精度充电

在充电精度方面，BQ25170表现卓越，充电电压精度达±0.5%，充电电流精度为±10%，能有效保障电池的安全和使用寿命。

4. 充电功能与保护特性

• 充电过程分为预充电（预充电电流为ISET设置电流的20%）、快速充电和终止充电（终止电流为ISET设置电流的10%）三个阶段。
• 集成了丰富的保护功能，如6.6V的IN过压保护、基于VSET的OUT过压保护、1000mA过流保护、125°C热调节和150°C热关断保护、OUT短路保护以及VSET、ISET引脚短路/开路保护，确保充电过程的安全可靠。

二、BQ25170的应用领域

BQ25170广泛应用于各类便携式设备，如真无线耳机、可穿戴配件（智能手环）、美容护理产品（电动牙刷）以及车队管理和资产追踪设备等。这些应用场景对设备的体积和功耗有较高要求，BQ25170的特性正好满足了这些需求。

三、BQ25170的详细工作原理

1. 充电阶段

• 预充电：当电池电压低于(V_{BATLOWV})阈值时，认为电池已完全放电，进入预充电阶段，预充电电流为ISET设置电流的20%，同时激活预充电安全定时器（30分钟）。若定时器到期电池电压仍未上升到(V{BAT_LOWV})，则停止充电。
• 快速充电：电池电压达到(V_{BATLOWV})阈值后，进入快速充电模式，应用ISET引脚设置的快速充电电流，并启动快速充电安全定时器（10小时）。此阶段提供大部分电量，但IC功耗较大。若IC温度达到(T{REG})（125°C），则进入热调节模式，降低充电电流以控制温度。
• 电压调节：电池充电到调节电压后，电压环路接管，保持电池电压稳定，直至电流降至终止阈值（ISET设置电流的10%）。

2. 功能引脚详解

• IN引脚：输入电源引脚，需通过至少1μF电容旁路到GND，且电容应靠近IC放置。
• ISET引脚：用于设置快速充电电流，通过连接到GND的外部电阻来定义电流值。电阻范围为30kΩ（对应10mA）到375Ω（对应800mA），计算公式为(I{CHG}=frac{K{ISET}}{R_{ISET}})。充电电流低于50mA时，建议在ISET引脚添加额外的RC电路以获得更稳定的电流信号。
• TS引脚：温度限定电压输入引脚，连接负温度系数（NTC）热敏电阻（推荐103AT - 2）用于监测电池温度。当TS引脚电压超出范围时，充电暂停。若不需要温度监测功能，可连接10kΩ电阻到GND。拉低TS引脚电压至(V_{TS_ENZ})以下可禁用充电器。
• STAT引脚：开漏充电器状态指示输出引脚，通过10kΩ电阻连接到上拉轨。低电平表示充电进行中，高电平表示充电完成或充电禁用，出现故障时以1Hz闪烁。
• PG引脚：开漏充电电源正常指示输出引脚，同样通过10kΩ电阻连接到上拉轨。当(V{IN}>V{INLOWV})且(V{OUT}+V{SLEEPZ}{IN}
• VSET引脚：使用下拉电阻设置OUT引脚的调节电压，有效电阻范围为18kΩ到100kΩ，超出此范围将暂停充电。建议使用±1%公差、温度系数小于200ppm/ºC的电阻。
• OUT引脚：电池连接引脚，系统负载可与电池并联。需通过至少1μF电容旁路到GND，电容靠近IC放置。

四、BQ25170的应用设计实例

1. Li - Ion充电器设计

• 设计要求：电源电压5V，单节Li - Ion电池，快速充电电流500mA，充电电压4.35V，终止电流50mA，预充电电流100mA，TS引脚连接10kΩ NTC热敏电阻用于电池温度检测，可拉低TS引脚禁用充电。
• 详细设计：通过VSET引脚设置调节电压为4.35V，根据(R{ISET}=frac{K{ISET}}{I{CHG}})（(K{ISET}=300AΩ)）计算得出(R_{ISET}=600Ω)，选择最接近的1%标准电阻604Ω，预期充电电流497mA。TS引脚使用10kΩ NTC热敏电阻（推荐103AT - 2），若要禁用TS检测功能，可连接10kΩ固定电阻到GND。

2. (LiFePO_{4})充电器设计

• 设计要求：输入电源5V，单节(LiFePO{4})电池，快速充电电流100mA，充电电压3.6V，充电安全定时器10小时，终止电流10mA，预充电电流20mA，TS引脚连接10kΩ NTC热敏电阻，添加(R{S}=2.3kΩ)和(R_{P}=70kΩ)以将电池充电温度窗口修改为 - 10ºC到60ºC，可拉低TS引脚禁用充电。

五、BQ25170的布局与电源建议

1. 布局准则

为获得最佳性能，IN到GND的去耦电容和OUT到GND的输出滤波电容应尽可能靠近设备放置，且连接IN、OUT和GND的走线要短。所有低电流GND连接应与电池的高电流充电或放电路径分开，采用单点接地技术。高电流充电路径（进入IN引脚和从OUT引脚输出）的走线尺寸应根据最大充电电流进行适当设计，以避免电压降。

2. 电源建议

BQ25170设计用于3.0V到6.6V（最高耐受30V）的输入电压范围，电源电流能力至少应满足最大设计充电电流。若电源与IN和GND引脚距离较远，建议使用更大的电容。

六、总结

BQ25170以其高集成度、高精度、丰富的保护功能和广泛的电池兼容性，为单节锂电池充电提供了可靠的解决方案。在实际应用中，工程师可根据具体需求合理选择充电参数和布局方式，以充分发挥BQ25170的性能优势。你在使用BQ25170的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。