BQ25186：小体积、低功耗的单节电池充电解决方案

在电子设备的设计中，电池充电管理是一个至关重要的环节。今天我们要介绍的BQ25186，是德州仪器（TI）推出的一款单节线性电池充电器，它具有小尺寸、低静态电流等特点，能有效延长电池寿命，适用于多种应用场景。

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一、BQ25186的特性亮点

1. 充电能力与兼容性

BQ25186支持高达1A的线性充电电流，输入电压范围为3.0V至18V，可适应电池对电池充电、USB适配器以及高阻抗电源等多种充电场景。它还兼容Li - ion、Li - Poly和LiFePO4等多种电池化学体系，电池调节电压可在3.5V至4.65V之间以10mV的步长进行配置，精度高达0.5%。

2. 电源路径管理与负载支持

该芯片具备电源路径管理功能，能在为系统供电的同时为电池充电。系统电压（SYS）可在4.4V至5.5V范围内调节，还支持电池跟踪功能，能为高阻抗输入源提供输入电压动态功率管理（VINDPM）。此外，它能提供高达3A的放电电流，以支持高系统负载。

3. 低功耗模式

BQ25186拥有超低静态电流，关机模式下电流仅为15nA，运输模式下为3.2μA（带按钮唤醒功能），仅电池模式下为4μA，睡眠模式下输入适配器的静态电流为30μA。

4. 保护功能

芯片集成了多种故障保护机制，包括输入过压保护（VIN_OVP）、电池短路保护（BATSC）、电池过流保护（BATOCP）、输入电流限制保护（ILIM）、热调节（TREG）和热关断（TSHUT）以及电池热故障保护（TS）等，还具备看门狗和安全定时器故障保护功能。

二、应用场景广泛

BQ25186适用于多种小型电子设备，如TWS耳机及充电盒、智能眼镜、AR和VR设备、智能手表等可穿戴设备，以及零售自动化和支付设备、建筑自动化设备等。

三、详细功能解析

1. 电池充电过程

BQ25186的充电过程分为涓流充电、预充电、快速充电和终止四个阶段。

• 涓流充电：当电池电压低于 (V_{BATSC}) 阈值时，芯片以较低的涓流电流（IBATSC）为电池充电，以防止电池损坏。
• 预充电：电池电压高于 (V{BATSC}) 但低于 (V{LOWV}) 阈值时，以预充电电流（IPRECHG）充电，预充电电流是终止电流的倍数，通常为快速充电电流的一定百分比。
• 快速充电：当电池电压达到 (V{LOWV}) 阈值后，进入快速充电阶段，此时由恒流（CC）和恒压（CV）两个控制环路控制充电。当电池电压接近 (V{BATREG}) 水平时，CV环路起主导作用，充电电流逐渐减小。
• 终止：当充电电流达到终止电流（(I{TERM})）时，充电结束，电池FET断开，进入高阻抗模式。若电池电压下降到低于 (V{BATREG}) 减去 (V_{RCH}) 时，将开始新的充电周期。

2. 动态功率管理

• 输入电压动态功率管理（VINDPM）：该功能可防止输入电压崩溃，当输入电源无法支持设定的充电电流和系统负载时，通过降低充电器的输入电流，使输入电压保持在VINDPM阈值以上。VINDPM阈值可通过I²C寄存器进行编程，甚至可以完全禁用。
• 动态功率路径管理模式（DPPM）：在有有效输入源连接时，功率路径管理电路会持续监测输入电压和电流。当充电电流和负载电流之和超过预设的最大输入电流时，输入DPM环路会降低输入电流；若SYS电压低于DPPM电压阈值，充电电流将通过BATFET降低。

3. 其他功能

• 睡眠模式：当 (V{IN}) 低于睡眠模式进入阈值且高于欠压锁定阈值时，设备进入低功耗睡眠模式，此时输入与电池隔离，可防止在无 (V{IN}) 时电池放电。
• SYS电源控制：可通过I²C的SYS_MODE位控制SYS的供电方式，包括正常操作、强制电池供电、SYS断开浮空和SYS断开下拉等模式。
• SYS调节：芯片包含SYS电压调节环路，可防止连接到SYS的下游设备承受过高电压。在电池跟踪模式下，SYS电压可根据电池电压进行调节；在固定电压模式下，SYS电压可调节到主机设定的目标值。

四、引脚配置与电气特性

1. 引脚配置

BQ25186采用DLH（WSON 10）封装，各引脚功能明确，如IN引脚为直流输入电源，SYS引脚为调节后的系统输出，BAT引脚连接电池正极等。

2. 电气特性

文档详细给出了BQ25186的各项电气参数，包括绝对最大额定值、ESD额定值、热信息、推荐工作条件和电气特性等。例如，输入电压范围为 - 0.3V至25V，输出灌电流最大为20mA等。

五、寄存器映射与I²C接口

1. 寄存器映射

芯片的I²C寄存器包含多个功能寄存器，如STAT0、STAT1、FLAG0等，可用于读取充电器状态、故障信息以及配置充电参数等。

2. I²C接口

BQ25186使用I²C兼容接口进行参数编程和状态读取，支持标准模式（100 kbps）和快速模式（400 kbps）。数据传输遵循特定的协议，通过起始条件、地址传输、数据传输和停止条件完成。

六、应用与设计要点

1. 典型应用

在典型应用中，BQ25186可配置为I²C控制的单节Li - ion电池充电器和电源路径管理器，适用于智能手表和无线耳机等设备。可通过连接电池热敏电阻到TS引脚来监测电池温度，控制充电过程；还可将TS/MR引脚连接到按钮，向主机发送中断信号或实现系统复位。

2. 设计要点

• 输入电容：输入去耦电容建议使用低ESR的陶瓷电容，如X7R或X5R，并尽可能靠近IC的电源和接地引脚。由于电容的电压降额，IN引脚建议使用35V额定电容，以确保在工作输入电压下有效电容不低于1μF。
• TS引脚：NTC的接地连接应尽可能靠近设备的GND引脚，以减少TS测量中的误差。若不需要TS功能，可将TS引脚通过10kΩ电阻接地。
• 布局：为获得最佳性能，IN到GND、SYS到GND和BAT到GND的去耦电容应尽可能靠近设备；使用实心接地平面并连接到GND引脚和散热焊盘；按钮的GND应尽可能靠近设备；高电流充电路径应根据最大充电电流进行适当尺寸设计，以避免电压降。

BQ25186以其丰富的功能、良好的性能和广泛的适用性，为电子工程师在电池充电管理设计中提供了一个优秀的解决方案。在实际应用中，我们需要根据具体需求合理配置芯片的参数，并注意设计要点，以确保系统的稳定运行。大家在使用BQ25186的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。