BQ25672：高性能多电池充电器的技术解析与应用指南

在电子设备的电源管理领域，一款优秀的电池充电器对于保障设备的稳定运行和电池的高效充电至关重要。今天，我们将深入探讨德州仪器（TI）推出的BQ25672，这是一款高度集成的开关模式降压充电器，专为1至4节锂离子和锂聚合物电池设计，具备众多先进特性和功能。

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1. 产品概述

BQ25672是一款高度集成的开关模式降压充电器，专为1至4节锂离子和锂聚合物电池设计。它集成了开关MOSFET、输入和充电电流感应电路、电池FET（BATFET）以及转换器的所有环路补偿，为紧凑设计和最少的组件数量提供了可能。该充电器支持NVDC电源路径管理，确保系统在电池完全放电或移除的情况下仍能正常运行。此外，它还具备双输入电源多路复用控制器、最大功率点跟踪（MPPT）算法以及集成的16位ADC等功能，为电池充电和系统操作提供了全面的解决方案。

1.1 主要特性

• 高功率密度与集成度：集成了开关MOSFET、BATFET以及输入和充电电流感应电路，实现了高功率密度和高集成度。
• 高效充电：支持750kHz或1.5MHz的开关频率，充电电流可达3A，效率高达96.5%。
• 广泛的输入源支持：支持3.6V至24V的宽输入工作电压范围，具备自主采样开路电压（VOC）的最大功率点跟踪（MPPT）功能，可从光伏面板充电。
• 双输入电源选择：可选的双输入电源多路复用控制器，可实现电源源的选择。
• USB OTG功能：支持USB On-the-Go（OTG）功能，可从电池为USB端口供电，输出电压范围为5V至12V。
• 灵活的充电模式：支持自主和I²C模式，以实现最佳系统性能。
• 集成ADC：集成16位ADC，用于电压、电流和温度监测。
• 低电池静态电流：电池仅工作模式下的静态电流低至17µA，充电器关闭模式下低至500nA。
• 高精度充电：2S电池的充电电压调节精度为-0.25%至+0.65%，充电电流和输入电流调节精度为±5%。
• 安全保护：具备热调节和热关断、输入/电池过压和过流保护、转换器MOSFET过流保护以及充电安全定时器等安全特性。

1.2 应用场景

BQ25672的应用场景广泛，涵盖了多个领域，包括但不限于：

• 智能家居：视频门铃、智能家居控制、数据集中器等。
• 机器人：机器人割草机、真空机器人等。
• 移动设备：资产跟踪、移动POS、多参数患者监护仪、心电图（ECG）、超声智能探头等。

2. 功能特性详解

2.1 电源启动与初始化

BQ25672的内部偏置电路由VBUS或BAT中较高的电压供电。当有效电压大于VBUS_UVLOZ或BAT_UVLOZ阈值时，设备启动。在检测到有效电压后，充电器会进行ACFET - RBFET检测，读取PROG引脚的电阻，并相应地配置充电器的上电复位（POR）寄存器设置。大约20ms后，I²C寄存器可被主机访问。

2.2 PROG引脚配置

PROG引脚用于设置充电器的默认POR开关频率和电池单元数量。通过连接不同阻值的电阻，可以选择不同的开关频率和电池单元配置。不同的电池单元配置会影响一些充电参数的默认值，如充电电流、最小系统电压和充电电压等。

2.3 充电模式

BQ25672支持自主充电模式和I²C主机控制充电模式。在自主充电模式下，充电器在电源启动后，使用默认寄存器设置自动完成充电周期，无需软件干预。充电过程分为涓流充电、预充电、恒流（CC）充电和恒压（CV）充电四个阶段。当充电电流低于预设的终止电流时，充电自动终止。当电池电压低于充电阈值时，充电器会自动开始新的充电周期。

2.4 最大功率点跟踪（MPPT）

对于太阳能面板输入，BQ25672实现了简单的MPPT算法，以跟踪最大功率点。该算法自动周期性地检测充电器输入源的VOC，并将VINDPM设置为测量的VOC的一定比例。建议将充电电流设置为最大值，以确保VINDPM始终被触发和激活。

2.5 USB On-the-Go（OTG）功能

在没有输入源的情况下，BQ25672支持USB OTG功能，通过电池放电在VBUS上产生5V至12V的可调降压 - 升压输出电压。要启用OTG操作，需要满足电池电压高于VBAT_OTG上升阈值、VBUS低于VVBUS_UVLO以及TS引脚电压在配置范围内等条件。

2.6 电源路径管理

BQ25672采用NVDC架构，通过BATFET将系统与电池分离，确保系统在电池完全耗尽的情况下仍能保持高于最小系统电压的稳定运行。当负载功率超过输入源额定值时，电池进入补充模式，防止输入源过载和系统崩溃。

2.7 电池充电管理

BQ25672能够为1S至4S的锂离子电池提供高达3A的充电电流。充电过程分为涓流充电、预充电、恒流充电、恒压充电和顶充（可选）五个阶段。充电器会根据电池电压自动调整充电电流和电压，确保电池安全、高效地充电。

2.8 安全保护机制

BQ25672具备多种安全保护机制，包括过压保护、过流保护、热调节和热关断等。这些保护机制能够有效防止电池和充电器在异常情况下受到损坏，确保系统的安全性和可靠性。

3. 寄存器配置与控制

BQ25672通过I²C接口进行灵活的充电参数编程和设备状态报告。其寄存器映射涵盖了各种功能设置，如最小系统电压、充电电压限制、充电电流限制、输入电压和电流限制等。工程师可以根据具体应用需求，通过I²C接口对这些寄存器进行配置，以实现最佳的充电性能和系统控制。

4. 应用设计与布局

4.1 典型应用电路

典型应用电路中，BQ25672可配置为I²C控制的电源路径管理设备和多电池充电器。它集成了四个用于转换器的开关MOSFET、系统与电池之间的BATFET、输入电流感应和充电电流感应电路、用于高端栅极驱动的自举二极管以及用于电源源选择的双输入电源多路复用器。

4.2 设计要求与参数

在设计应用电路时，需要考虑一些关键参数，如VBUS电压范围、光伏面板电压、二次适配器电压范围、输入电流限制、快速充电电流限制、电池调节电压等。同时，还需要根据具体应用需求启用MPPT功能，并设置相应的VOC测量间隔、延迟和百分比等参数。

4.3 组件选择

• 电感选择：根据开关频率和充电电流等参数选择合适的电感。1.5MHz开关频率适用于1µH电感，750kHz开关频率适用于2.2µH电感。电感饱和电流应大于输入电流或充电电流加上一半的纹波电流。
• 输入电容：在降压模式下，输入电流是不连续的，因此需要选择具有足够纹波电流额定值和大电容值的输入电容，以吸收输入交流电流并保持小的输入电压纹波。建议使用低ESR陶瓷电容，如X7R或X5R，并将其放置在靠近IC的PMID和GND引脚处。
• 输出电容：在升压模式下，输出电流是不连续的，因此需要选择具有足够纹波电流额定值和大电容值的输出电容，以吸收输出交流电流并保持小的输出电压纹波。建议使用低ESR陶瓷电容，如X7R或X5R，并将其放置在靠近IC的SYS和GND引脚处。

4.4 布局指南

合理的布局对于减少开关损耗、防止电磁辐射和高频谐振问题至关重要。以下是一些布局建议：

• 尽量减小开关节点的上升和下降时间，以降低开关损耗。
• 合理布局组件，最小化高频电流路径环路，防止电磁辐射和高频谐振问题。
• 将SYS、PMID和VBUS的输出电容尽可能靠近相应的引脚放置，并确保接地连接短而直接。
• 将电感的输入和输出端子尽可能靠近SW1和SW2引脚放置，减小铜面积以降低电磁辐射，但要确保导线足够宽以承载电感电流。
• 将BAT和VBUS的电容靠近相应的引脚放置，REGN去耦电容和自举电容应靠近IC并保持短的走线连接。
• 在功率MOSFET下方确保有足够的热过孔，以连接到其他层的铜层。
• 确保过孔的尺寸和数量足够满足电流路径的需求。
• 将BATP走线远离SW1和SW2等开关节点。

5. 总结

BQ25672是一款功能强大、性能优越的电池充电器，具备高功率密度、高效充电、广泛的输入源支持、灵活的充电模式、集成的ADC以及完善的安全保护机制等诸多优点。通过合理的设计和布局，它可以为各种应用场景提供可靠的电源管理解决方案。在实际应用中，工程师需要根据具体需求，仔细配置寄存器参数，选择合适的组件，并遵循布局指南，以确保BQ25672发挥最佳性能。你在使用BQ25672的过程中遇到过哪些问题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。