BQ25638：高效且灵活的单节电池充电管理芯片

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。一款优秀的充电管理芯片能够提高充电效率、延长电池寿命，同时保障系统的稳定运行。今天，我们就来深入了解一下德州仪器（TI）推出的BQ25638芯片，它是一款高度集成的5A开关模式电池充电管理和系统电源路径管理设备，专为单节锂离子和锂聚合物电池设计。

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芯片特性：高效与灵活并存

充电性能卓越

• 高转换效率：BQ25638采用高效的1.5MHz同步开关模式降压充电器，在5V输入下，输出电流低至10mA时效率仍能超过90%，这意味着在充电过程中能够有效减少能量损耗，提高充电效率。
• 宽电流调节范围：充电电流最高可达5A，且以80mA为步长进行调节，能够满足不同电池的充电需求。同时，充电终止电流可在30 - 1000mA范围内以10mA为步长进行设置，确保电池充电的安全性和准确性。

温度管理灵活

• JEITA温度曲线：具备灵活的JEITA温度曲线，可根据电池温度调整充电参数，避免在高温或低温环境下对电池造成损害，提高充电安全性。
• 低静态电流：在电池仅供电模式下，静态电流低至1.5μA；在超低功耗模式下，静态电流仅为1.3μA；在关机模式下，电池漏电流仅为0.1μA，有效延长电池续航时间。

多功能支持

• USB OTG功能：支持USB On - The - Go（OTG）功能，可将电池能量转换为3.84V - 9.6V的输出电压，最大输出电流可达3.2A，方便为其他设备充电。
• 宽输入源支持：支持多种输入源，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，输入电压范围为3.9V - 18V，绝对最大输入电压为26V，适用范围广泛。
• NVDC电源路径管理：采用NVDC电源路径管理技术，可在电池耗尽或无电池的情况下确保系统即时启动，并在适配器满载时提供电池补充，保障系统稳定运行。

高精度监测与控制

• 集成12位ADC：内置12位ADC，可实时监测电压、电流和温度等参数，ADCIN引脚可用于监测高达1V的外部信号，为系统提供全面的信息反馈。
• 高精度调节：充电电压调节精度为±0.5%，充电电流调节精度为±5%，输入电流调节精度为±5%，确保充电过程的准确性和稳定性。

应用领域广泛

BQ25638适用于多种应用场景，包括但不限于游戏和计算机配件、智能手机、平板电脑、IP摄像头、EPOS、便携式医疗设备、消费级可穿戴设备、智能手表、便携式扬声器和TWS耳机等。其高性能和多功能特性能够满足不同设备的充电需求。

器件功能详细解析

上电与启动过程

• 上电复位（POR）：BQ25638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，同时启用I²C接口进行通信，并产生一个不可屏蔽的INT脉冲，通知主机可以访问所有寄存器。
• 电池供电启动：当仅存在电池且电压高于耗尽阈值（VBAT_UVLOZ）时，芯片进行上电复位，然后打开BATFET将电池连接到系统。为了最小化静态电流，REGN保持关闭状态。BATFET的低导通电阻和电池上的低静态电流可最大程度减少传导损耗，延长电池续航时间。
• 输入源供电启动：当插入输入源且VBAT < VBAT_UVLOZ时，芯片进行上电复位，然后检查输入源电压以开启REGN LDO和所有偏置电路。在启动降压转换器之前，芯片会检测并设置输入电流限制。具体启动顺序包括REGN LDO上电、劣质源鉴定、输入电压限制阈值设置和转换器上电。

电源路径管理

• NVDC架构：采用Narrow VDC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。如果充电启用，BATFET以线性模式（LDO模式）工作。POR时默认的最小系统电压为3.52V。
• 动态功率管理（DPM）：为了在不使适配器过载的情况下最大化输入电流，充电器采用动态功率管理技术，持续监测输入电流和输入电压。当输入源过载时，即电流超过输入电流限制（IINDPM）或电压低于输入电压限制（VINDPM），芯片会降低充电电流，直到输入电流低于限制且输入电压高于限制。如果充电电流降至零但输入源仍然过载，系统电压开始下降，此时芯片将自动进入补充模式，打开BATFET使电池放电以支持系统。

电池充电管理

• 自主充电循环：当电池充电启用（EN_CHG位 = 1且CE引脚为低电平）时，芯片可自主完成充电循环，无需主机干预。默认充电参数包括充电电压（VREG）为4.2V、再充电阈值（VRECHG）为VREG - 100mV、涓流充电电流（ITRICKLE）为80mA、预充电电流（IPRECHG）为200mA、快速充电电流（ICHG）为2000mA、终止电流（ITERM）为200mA，且顶充定时器默认禁用。
• 充电阶段：芯片采用五阶段充电模式，包括涓流充电、预充电、恒流充电、恒压充电和可选的顶充阶段。在充电过程中，如果充电器处于DPM调节或热调节状态，充电电流可能低于编程值，此时终止功能将暂时禁用，充电安全定时器将以半时钟速率计数。
• 充电终止：当电池电压高于再充电阈值且电池电流低于终止电流时，充电循环终止。在IINDPM、VINDPM或热调节环路激活时，充电不会终止。充电完成后，BATFET关闭，转换器继续运行以为系统供电，BATFET可再次打开以进入补充模式。终止功能可通过将EN_TERM位写为0来永久禁用。

保护功能

• 过流保护：具备两级电池过流保护。IBAT_PK阈值由IBAT_PK设置，为电池放电提供快速（100μs）保护；IBATFET_OCP为BATFET提供较慢（50ms）的固定阈值保护。如果电池放电电流超过任一阈值且持续时间达到消隐时间，BAT_FAULT_STAT和BAT_FAULT_FLAG故障寄存器位将置为1，BATFET进入打嗝模式。
• 欠压锁定：在仅电池模式下，如果VBAT低于VBAT_UVLO，芯片将禁用BATFET，将系统与电池分离，同时禁用I²C。当VBAT高于VBAT_UVLOZ或VBUS高于VYBUS_UVLOZ时，I²C重新启用，寄存器复位为POR值。
• 过压保护：当VBUS电压超过VUBUS_OVP时，转换器立即停止开关，以保护内部功率MOSFET，并施加IPMID_LOAD放电电流以降低VBUS电压。当VBUS降至VVBUS_OVPZ以下时，转换器恢复开关。

寄存器配置与编程

BQ25638通过I²C接口进行灵活的充电参数编程和即时设备状态报告。芯片具有多个寄存器，用于设置充电电流、充电电压、输入电流、输入电压、OTG模式参数等。通过对这些寄存器的配置，可以实现对充电过程的精确控制。

应用设计要点

电感选择

由于芯片采用1.5MHz的开关频率，可使用较小的电感和电容值。电感饱和电流应大于充电电流（ICHG）加上一半的纹波电流（IRIPPLE），即(I{SAT} geq I{CHG}+(1 / 2)I_{RIPPLE})。电感纹波电流取决于输入电压、占空比、开关频率和电感值，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。

输入电容设计

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。在占空比为0.5时，最坏情况下的RMS纹波电流为充电电流的一半。建议使用低ESR的陶瓷电容，如X7R或X5R，并将其尽可能靠近PMID引脚和GND引脚连接。

输出电容设计

输出电容应具有足够的纹波电流额定值，以吸收输出开关纹波电流。输出电容的RMS电流可通过公式计算，同时可通过增加输出滤波LC来降低电压纹波。充电器内部环路补偿针对≥10μF的陶瓷输出电容进行了优化，建议使用10V额定电压的X7R或X5R陶瓷电容。

布局注意事项

为了减少开关损耗，应尽量减小开关节点的上升和下降时间。合理布局组件，以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。具体布局顺序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引脚尽可能靠近，将输出电容放置在电感和芯片附近，将去耦电容放置在芯片引脚旁边，并确保过孔的数量和尺寸能够满足电流路径的需求。

总结

BQ25638是一款功能强大、性能卓越的单节电池充电管理芯片，具有高效的充电性能、灵活的温度管理、多功能支持和高精度的监测与控制等特点。其广泛的应用领域和详细的应用设计要点为电子工程师提供了丰富的设计选择。在实际应用中，电子工程师可以根据具体需求对芯片进行合理配置和设计，以实现最佳的充电效果和系统性能。你在使用BQ25638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。