深入解析bq2404x单输入单节锂离子电池充电器

引言

在当今的便携式电子设备中，锂离子电池以其高能量密度、长寿命等优点被广泛应用。而一款性能优良的电池充电器对于电池的安全、高效充电至关重要。德州仪器（TI）的bq2404x系列设备就是这样一款高度集成的锂离子线性充电器，适用于对空间要求苛刻的便携式应用。今天，我们就来深入了解一下bq2404x评估模块（EVM），探讨其特性、性能指标以及测试流程。

文件下载：BQ24045EVM.pdf

bq2404x系列设备概述

功能特点

bq2404x系列设备可从USB端口或交流适配器获取电源，具有单一电源输出，用于为电池充电。同时，系统负载可以与电池并联，但需注意平均系统负载不能影响电池在10小时安全定时器内的完全充电。电池充电过程分为三个阶段：预处理、恒流和恒压。在所有充电阶段，内部控制回路会监控IC结温，若超过内部温度阈值，会降低充电电流，以确保充电安全。

不同型号差异

该系列不同型号之间存在一些差异。例如，bq24040和bq24041的主要区别在于，bq24041的预终止（Pre - Term）引脚被自动启动（I/O）（ASI/ASO）功能取代，过压保护阈值不同，温度感应引脚（TS）与电池使能引脚（BAT_EN）也不同。而bq24040和bq24045的主要区别在于调节电压，bq24040为4.2V，bq24045为4.35V。

性能指标总结

输入电压

• 推荐输入电压范围为4.45V至6.45V DC。
• 输入电压在3.5V至28V之间时，性能会有所下降。其中，输入电压在欠压锁定（UVLO）和4.75V之间时，功能受限，但不会损坏IC，也不会对电池造成安全问题；输入电压高于过压保护（OVP）且低于30V DC时，设备无操作，也不会损坏IC。较低的输入电压（接近降压操作）可减少散热，可能带来更好的性能。

功率耗散

功率耗散（P DISS ）计算公式为P DISS = (V IN – V OUT ) × I OUT ，最大值为1.5W。结温相对于环境温度的升高与功率耗散成正比，当结温达到约125°C时，热调节会降低编程的充电电流。

输出电流

评估模块默认设置为800mA，通过将R1的值调低，可支持最大1000mA的输出电流。当RISET = 1 kΩ时，典型输出电流为0.54A，最大值为0.8A。

评估bq2404x的注意事项

电流控制

ISET电流控制回路设置最大充电电流，该最大编程电流水平可通过ISET2引脚选择进入USB模式进一步降低。

系统负载

系统负载可连接到OUT引脚，但会消耗部分充电电流。通常不建议在预充电阶段操作设备，因为系统负载可能会影响电池恢复。不过，由于PRE_TERM引脚可以编程更高的预充电电流，所以这种限制并非绝对必要。

ASO输出

对于bq24041，ASO输出依赖于OUT引脚为内部或门供电，并且输入至少有一个高信号。

测试流程总结

所需设备

• 能够提供12V、3A的电源（PS #1）。
• 能够提供最高5V、5A的电源（PS #2），用于为电池模拟器供电。
• PR1010 - 002电池模拟器。
• 平头螺丝刀。
• 三个电压表（VM）和两个能够测量3A电流的电流表（A）。

设备设置

1. 所有电源连接使用短的、合适规格的双绞线，以承受3A电流。
2. 将PS1设置为5V、2A电流限制，然后关闭电源。
3. 将PS1与电流表（A1）串联连接到J1（DC +和DC –）。
4. 在DC1和DC2之间连接电压表（VM1）。
5. 将PS2调整到约3.6V，电流限制为4A，连接到电池模拟器的输入侧，然后关闭PS2。
6. 在J2（OUT，GND）之间连接VM2。
7. 将电池模拟器的输出侧与电流表（A2）串联连接到J2（OUT和GND）。

跳线设置

JMP1、JMP2、JMP4、JMP5安装，JMP3的ISET2和GND短接。

ISET、PRETERM和TS设置

• TS：使用VM3测量GND和TP9之间的电阻，调整R11直到VM3读数为10 kΩ±500 Ω。
• ISET：使用VM3测量GND和TP2之间的电阻，调整R2直到VM3读数为1 kΩ±50 Ω。
• PRETERM：使用VM3测量GND和TP4之间的电阻，调整R4直到VM3读数为2 kΩ±100Ω。

测试步骤

按照一系列操作步骤进行测试，包括开启电源、调整电压、测量充电电流、观察指示灯状态等，通过不同的设置和操作来验证充电器在各种条件下的性能。例如，调整PS1和PS2的电压，测量不同情况下的充电电流，以及通过调整R11改变温度感应电阻来观察充电电流的变化等。

原理图、物理布局和物料清单

原理图

输入电压典型值为4.5V至5.5V DC，超过5.5V至OVP需考虑热问题，超过OVP则无法充电。OUT为4.2V稳压输出，最大可编程输出电流为1A。TP1 - TP10与U1引脚相关，TP5、6、7和8省略。不同型号的bq24040/45和bq24041 IC存在差异，可参考相关表格。

物理布局

提供了bq2404x EVM的组装层、顶层和底层的布局图，有助于工程师了解设备的物理结构和元件分布。

物料清单

详细列出了评估模块所需的各种元件，包括电容、电阻、二极管、接头、电位器等，以及它们的参数、型号和制造商。同时，还给出了一些注意事项，如组件的静电防护、清洁要求、工艺标准等。

结语

通过对bq2404x评估模块的全面了解，我们可以看到它在单输入单节锂离子电池充电方面具有诸多优点，如高度集成、可调节的充电电流和电压、热保护等。在实际设计中，工程师需要根据具体应用需求选择合适的型号，并严格按照测试流程进行评估，以确保充电器的性能和安全性。大家在使用bq2404x系列设备时，是否遇到过一些特殊的问题呢？欢迎在评论区分享交流。