BQ25628/BQ25629：高效单节电池充电管理芯片的深度解析

在当今的电子设备中，电池充电管理芯片的性能直接影响着设备的续航能力、安全性和稳定性。TI推出的BQ25628和BQ25629芯片，作为高度集成的2A开关模式电池充电管理和系统电源路径管理设备，为单节锂离子和锂聚合物电池提供了卓越的解决方案。本文将深入剖析这两款芯片的特性、功能及应用，为电子工程师们提供全面的参考。

文件下载：bq25628.pdf

1. 芯片概述

BQ25628和BQ25629专为单节锂离子和锂聚合物电池设计，具备I2C控制功能，输入电压范围宽至3.9V - 18V，最大充电电流可达2A，还支持NVDC电源路径管理和OTG输出。它们集成了输入反向阻断FET（RBFET）、高端开关FET（HSFET）、低端开关FET（LSFET）和电池FET（BATFET），以及高端栅极驱动器的自举二极管，大大简化了电路设计。

2. 关键特性

2.1 高效充电

采用1.5MHz同步开关模式降压充电器，效率高，在5V输入下，输出电流低至25mA时效率仍大于90%。充电终止电流可在5mA - 310mA之间以5mA为步长进行调整，灵活性强。

2.2 温度管理

具备灵活的JEITA配置文件，可根据温度调整充电策略，确保电池在安全的温度范围内充电。同时，芯片在电池仅供电模式下静态电流低至1.5μA，运输模式下电池泄漏电流为0.15μA，关机模式下为0.1μA，有效延长了电池的续航时间。

2.3 宽输入源支持

支持3.9V - 18V的宽输入工作电压范围，绝对最大输入电压可达26V。通过输入电压调节（VINDPM）和输入电流调节（IINDPM），可最大化源功率，且VINDPM能自动跟踪电池电压。

2.4 电源路径管理

采用NVDC电源路径管理，即使电池耗尽或不存在，系统也能立即启动。当适配器满载时，电池可提供补充电源，确保系统稳定运行。

2.5 高精度控制

充电电压调节精度为±0.4%，充电电流调节精度为±5%，输入电流调节精度为±5%，保证了充电的准确性和稳定性。

2.6 安全保护

具备热调节和热关断功能，以及输入、系统和电池过压保护，电池和转换器过流保护，充电安全定时器等多重安全保护措施，确保电池充电和系统运行的安全性。

3. 功能详解

3.1 上电复位（POR）

芯片从VBUS和BAT中较高的电压为内部偏置电路供电。当任一电压超过欠压锁定（UVLO）阈值时，所有寄存器将复位为POR值，I2C接口启用，同时会生成一个不可屏蔽的INT脉冲，之后主机即可访问所有寄存器。

3.2 设备上电

• 从电池上电：当仅存在电池且VBAT高于耗尽阈值（VBAT_UVLOZ）时，芯片执行上电复位，然后打开BATFET将电池连接到系统。REGN LDO输出保持关闭以最小化静态电流。
• 从输入源上电：当插入有效输入源且VBAT < VBAT_UVLOZ时，芯片执行上电复位，检查输入源电压以打开REGN LDO和所有偏置电路，检测并设置输入电流限制后启动降压转换器。

3.3 电源路径管理

• NVDC架构：采用NVDC架构，通过BATFET将系统与电池分离。最小系统电压由VSYSMIN寄存器设置，即使电池完全耗尽，系统也能调节到最小系统电压。
• 动态功率管理：为满足USB最大电流限制并避免适配器过载，芯片具备动态功率管理（DPM）功能，可实时监测输入电流和输入电压，当输入源过载时，自动降低充电电流。
• 高阻抗模式：主机可通过设置EN_HIZ = 1将芯片置于高阻抗模式，此时RBFET、HSFET和LSFET关闭，BATFET打开，REGN禁用，数字时钟减慢以节省功率。

3.4 电池充电管理

• 自主充电周期：当电池充电启用时，芯片可自主完成充电周期，无需主机干预。默认充电参数可通过I2C进行调整，以满足不同的充电需求。
• 电池充电曲线：芯片采用五阶段充电策略，包括涓流充电、预充电、恒流充电、恒压充电和可选的顶部充电阶段，确保电池充电的安全性和高效性。
• 充电终止：当充电电流低于终止阈值且电池电压高于再充电阈值时，芯片自动终止充电周期。为避免过早终止，在IINDPM、VINDPM或热调节环路激活时，芯片不会终止充电。

3.5 USB On-The-Go（OTG）

• 升压OTG模式：支持升压转换器操作，可将电池的功率传输到PMID。输出电压可在VOTG中设置，进入升压OTG模式需满足一系列条件，如BAT高于VBAT_OTG、VBUS小于VBAT + VSLEEP等。
• 旁路OTG模式：提供旁路模式，可直接将电池连接到PMID引脚，实现最高效率的功率传输。进入旁路OTG模式需满足特定条件，退出条件也有明确规定。
• PMID电压指示器（PMID_GD）：用于驱动外部PMOS FET，在过流和过压条件下断开电源路径，保护连接到PMID的附件设备。

3.6 集成12位ADC监测

芯片提供集成的12位ADC，可用于主机监测各种系统参数。ADC默认禁用，以节省功率，可通过设置ADC_EN位启用。在电池仅供电条件下，ADC的操作与电池电压有关。

3.7 状态输出

• 中断和状态标志：芯片通过中断引脚（INT）通知主机状态变化，每个事件都有状态字段、标志位和掩码位。标志位在状态字段转换时设置，掩码位可控制是否生成INT脉冲。
• 充电状态指示器（STAT）：通过开放漏极STAT引脚指示充电状态，可驱动LED。STAT引脚功能可通过DIS_STAT位禁用。

3.8 BATFET控制

芯片集成了双向阻断BATFET，可通过BATFET_CTRL寄存器位控制，支持关机模式、运输模式和系统电源复位。不同模式下BATFET的状态和操作方式各不相同。

3.9 保护功能

芯片在不同模式下具备全面的电压和电流监测及保护功能，包括电池欠压锁定、电池过流保护、输入过压保护、系统过压保护、正向转换器逐周期电流限制、系统短路保护、电池过压保护、睡眠和不良源比较器、PMID OVP和VBUS过流保护等，确保芯片和电池的安全运行。

4. 寄存器映射

芯片的寄存器通过I2C接口进行编程，包含多个8位和16位寄存器，用于设置充电参数、监测状态和控制功能。不同寄存器的功能和位描述详细，工程师可根据需求进行灵活配置。

5. 应用与实现

5.1 典型应用

典型应用中，芯片可配置为I2C控制的电源路径管理设备和单节电池充电器，适用于智能手机和其他便携式设备。

5.2 设计要求

设计时需考虑VBUS范围、输入电流限制、快速充电电流、最小系统电压和电池调节电压等参数。

5.3 详细设计步骤

• 电感选择：1.5MHz的开关频率允许使用小电感和电容值，电感饱和电流应高于充电电流加上一半的纹波电流。
• 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。
• 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。

6. 布局指南

为了降低开关损耗和电磁干扰，布局时应遵循特定的指南，如最小化开关节点的上升和下降时间，合理放置电容和电感，确保I2C SDA和SCL线远离SW节点等。

7. 总结

BQ25628和BQ25629芯片以其高效、灵活、安全的特性，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。电子工程师在设计相关产品时，可充分利用芯片的各项功能，结合实际应用需求进行合理配置和布局，以实现最佳的性能和可靠性。你在使用这两款芯片的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。