BQ25606：高效单节电池充电器的设计与应用

在电子设备日新月异的今天，电池充电管理成为了至关重要的一环。德州仪器（TI）的BQ25606作为一款高度集成的单节锂离子和锂聚合物电池开关模式充电器，为众多便携式设备提供了高效、可靠的充电解决方案。今天，我们就来深入了解一下这款产品。

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产品特性亮点

高效充电与宽输入支持

BQ25606具备1.5 MHz的同步开关模式降压充电器，在5 V输入、2 A充电电流下，充电效率高达92%，并针对USB电压输入（5 V）进行了优化。它支持3.9 - 13.5 V的输入电压范围，绝对最大输入电压额定值为22 V，能适应多种输入源，包括标准USB主机端口、USB充电端口和符合USB标准的高压适配器。

USB OTG功能

该芯片支持USB On-The-Go（OTG）功能，其升压转换器输出电流最高可达1.2 A，在1 A输出时升压效率为92%，能为其他便携式设备提供电力。

精准电流控制与安全保护

它拥有准确的恒流（CC）限制，软启动功能可适应高达500 μF的电容负载，还具备输出短路保护功能。同时，它支持最大电源跟踪，输入电压限制最高可达4.6 V（VINDPM），且VINDPM阈值会自动跟踪电池电压。

低功耗与高集成度

电池放电MOSFET的导通电阻仅为19.5 mΩ，可实现高电池放电效率。芯片的电池漏电电流低至58 μA，且高度集成了所有MOSFET、电流感应和环路补偿，减少了外部元件数量。

高精度电压与电流调节

充电电压调节精度为±0.5%，在1.2 A和1.8 A充电电流调节时精度为±6%，在0.5 A、1.2 A和1.8 A输入电流调节时精度为±5%，确保了充电过程的稳定性和安全性。

应用领域广泛

BQ25606适用于多种设备，如电子销售点终端（EPOS）、便携式扬声器、手机配件和医疗设备等。这些设备通常对电池充电效率、体积和安全性有较高要求，而BQ25606正好能满足这些需求。

详细功能解析

电源启动机制

• 无输入源时从电池启动：当只有电池且电压高于耗尽阈值（VBAT_DPL_RISE）时，BATFET导通，将电池连接到系统，REGN关闭以降低静态电流，减少传导损耗，延长电池续航时间。同时，芯片会监控放电电流，当系统过载或短路时，会立即关闭BATFET，直到输入源重新连接。
• 从输入源启动：插入输入源后，芯片会检查输入源电压，开启REGN LDO和所有偏置电路，检测并设置输入电流限制，然后启动降压转换器。具体步骤包括：启动REGN LDO、进行不良源资格验证、通过D+/D–检测输入源类型以设置输入电流限制、设置输入电压限制阈值（VINDPM阈值），最后启动转换器。

升压模式操作

BQ25606支持升压转换器操作，可将电池的电力通过USB端口传输到其他便携式设备，最大输出电流可达1.2 A。当满足一定条件时，升压模式即可启用，如电池电压高于VOTG_BAT、VBUS小于BAT + VSLEEP（睡眠模式）、OTG引脚为高电平、TS引脚电压在可接受范围内等。在升压模式下，VBUS输出为5.15 V，输出电流可达1.2 A。

电源路径管理

• 窄VDC架构：当电池电压低于最小系统电压设置时，BATFET工作在线性模式（LDO模式），系统电压通常比最小系统电压设置高180 mV。当电池电压高于最小系统电压时，BATFET完全导通，系统与电池之间的电压差为BATFET的VDS。
• 动态电源管理：为了满足USB规范中的最大电流限制并避免适配器过载，芯片具备动态电源管理（DPM）功能，会持续监控输入电流和输入电压。当输入源过载时，会降低充电电流，若充电电流降至零仍过载，系统电压会下降，此时芯片会自动进入补充模式，BATFET导通，电池开始放电，为系统提供支持。
• 补充模式：当系统电压低于电池电压时，BATFET导通，其栅极会被调节，使低电流时BATFET的VDS保持在30 mV，防止进入和退出补充模式时产生振荡。随着放电电流增加，BATFET栅极电压升高以降低RDSON，直到BATFET完全导通。当电池电压低于耗尽阈值时，BATFET关闭，退出补充模式。

电池充电管理

• 自主充电周期：当电池充电使能（CE引脚为低电平）时，芯片会自动完成一个充电周期。默认充电参数包括充电电压由VSET控制、充电电流由ICHG控制、预充电电流为ICHG的5%、终止电流为ICHG的5%、温度曲线遵循JEITA标准、安全定时器为10小时。当满足特定条件时，新的充电周期会启动；当充电电流低于终止阈值、电池电压高于再充电阈值且芯片不在DPM模式或热调节状态时，充电周期自动终止。STAT输出可指示充电状态。
• 充电终止：当电池电压高于再充电阈值且电流低于终止电流时，充电周期终止，BATFET关闭，转换器继续为系统供电，必要时BATFET可再次导通进入补充模式。
• 热敏电阻资格验证：芯片提供单个热敏电阻输入，用于监测电池温度。在充电模式下，为了符合JEITA指南，TS引脚电压必须在VT1至VT5阈值范围内，否则充电将暂停，直到电池温度恢复正常。在不同温度区间，充电电流和电压会相应调整。
• 升压模式热敏电阻监控：在升压模式下，芯片会监控电池温度，确保其在V BCOLD 至V BHOT 阈值范围内，若超出范围，升压模式将暂停。
• 充电安全定时器：芯片内置安全定时器，防止因电池异常导致充电周期过长。当电池电压低于V BATLOW 阈值时，安全定时器为2小时；高于该阈值时为10小时。在输入电压、电流、JEITA低温或热调节期间，安全定时器以实际充电电流的一半速率计数。出现故障时，定时器暂停，故障消除后恢复，用户停止当前充电周期并重新启动时，定时器会重置。

状态输出与保护功能

• 状态输出：PG引脚为低电平时表示输入源良好，需满足VBUS高于VVBUS_UVLO、高于电池电压（非睡眠状态）、低于VACOV阈值、在施加IBADSRC电流时高于VPOOSRC等条件。STAT引脚可指示充电状态，充电进行中为低电平，充电完成或禁用为高电平，充电暂停（如输入过压、TS故障、安全定时器故障或系统过压）时以1 Hz闪烁。
• 保护功能：芯片具备多种保护功能，包括输入电流限制、电压和电流监测（在降压和升压模式下）、热调节和热关断、电池过压保护、电池过放电保护和系统过流保护等，确保充电过程的安全可靠。

设计与布局要点

设计要求

在典型应用中，需要考虑VBUS电压范围（4 - 13.5 V）、输入电流限制（通过D+/D–检测）、快速充电电流限制（ICHG引脚）、最小系统电压（3.5 V）和电池调节电压（VSET引脚）等参数。

元件选择

• 电感选择：1.5 MHz的开关频率允许使用较小的电感和电容值。电感饱和电流应高于充电电流（ICHG）加上一半的纹波电流（IRIPPLE），电感纹波电流通常设计在最大充电电流的20% - 40%之间，以平衡电感尺寸和效率。
• 输入电容：输入电容应提供足够的纹波电流额定值，以吸收输入开关纹波电流。建议使用低ESR陶瓷电容，如X7R或X5R，并将其尽可能靠近高侧MOSFET的漏极和低侧MOSFET的源极放置，电容电压额定值应高于正常输入电压水平。
• 输出电容：输出电容应具备足够的纹波电流额定值，以吸收输出开关纹波电流。可通过增加输出滤波器LC来降低电压纹波，芯片内部环路补偿针对≤20 μF的陶瓷输出电容进行了优化，建议使用10 V额定值的X7R或X5R陶瓷电容。

布局指南

为了减少开关损耗，应尽量缩短开关节点的上升和下降时间。合理布局元件，最小化高频电流路径环路，防止电场和磁场辐射以及高频谐振问题。具体布局步骤包括：将输入电容尽可能靠近PMID引脚和GND引脚连接；将电感输入引脚与SW引脚紧密连接，减少该走线的铜面积，避免使用多层并联；将输出电容放置在电感和芯片附近，接地连接应通过短铜走线或GND平面连接到IC接地；将模拟地和电源地分开布线，通过散热垫或0 Ω电阻连接；使用单一接地连接将充电器电源地和充电器模拟地连接；在IC引脚旁边放置去耦电容，走线连接应尽可能短；确保器件封装背面的暴露散热垫焊接到PCB接地，并保证有足够的热过孔连接到其他层的接地平面；确保过孔的数量和尺寸能满足给定电流路径的需求。

总结

BQ25606以其高效的充电性能、丰富的功能和完善的保护机制，为单节锂离子和锂聚合物电池的充电管理提供了优秀的解决方案。在实际设计中，我们需要根据具体应用需求，合理选择元件和布局，以充分发挥其性能优势。你在使用类似充电器芯片时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。