0.8 - A单输入单节锂离子电池充电器bq24050/2/5评测指南

在当今的电子设备中，锂离子电池因其高能量密度和长寿命而被广泛应用。为了确保锂离子电池的安全、高效充电，合适的充电器至关重要。德州仪器（Texas Instruments）的bq24050/2/5系列单输入单节锂离子电池充电器，就是这样一款专为空间受限的便携式应用而设计的高度集成设备。本文将基于官方用户指南，为大家详细介绍该充电器及其评测相关内容。

文件下载：BQ24050EVM.pdf

一、bq2405x系列充电器概述

1.1 基本特性

bq2405x系列设备可从USB端口或交流适配器获取电源，具有单个电源输出用于为电池充电。系统负载可以与电池并联，但需注意在10小时安全定时器内，平均系统负载不能妨碍电池完全充电。

1.2 USB检测与充电模式

该系列充电器集成了USB检测程序，在上电时会检测USB连接。若检测到适配器，充电输入控制将设置为编程的ISET电平；若检测到USB端口，则设置为USB100模式。这一特性有助于在电池放电且USB设备收发器未供电时，连接适配器实现更快充电。

1.3 充电阶段

电池充电分为三个阶段：预处理、恒流和恒压。在所有充电阶段，内部控制环路会监测IC结温，若超过内部温度阈值，将降低充电电流。充电器的功率级和充电电流感测功能完全集成，具备高精度的电流和电压调节环路、充电状态显示以及充电终止功能。预充电电流和终止电流阈值可通过外部电阻在bq24050/2/5上进行编程，快速充电电流值同样可通过外部电阻编程。

二、bq24050/2/5评测注意事项

2.1 型号差异

bq24050/2/5之间的主要差异在于：'50使用10k NTC热敏电阻，'52使用100k NTC热敏电阻，'55使用10k NTC热敏电阻且具有PG引脚。

2.2 电流控制与系统负载

ISET电流控制环路设置最大充电电流，通过ISET2引脚选择进入USB模式，可进一步降低该最大编程电流水平。系统负载可连接到OUT引脚，但会分走部分充电电流。通常不建议在预充电模式下运行系统，因为系统负载可能阻碍电池恢复。不过，由于PRE_TERM引脚可编程更高的预充电电流，这一限制并非必要。

三、性能规格总结

规格	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
输入直流电压Vin	推荐输入电压范围	4.45		6.45	V
性能降低时的Vin (1)	过压输入时不充电，欠压输入时充电受限	3.5		28	V
功率耗散 (2)	PDISS = (VIN – VOUT) × IOUT			1.5	W
IOUT	RISET = 1k		0.54	0.8	A

正常工作时，输入电压范围有明确规定。输入电压在UVLO和4.75 V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OVP且低于30 Vdc时，无操作且不会损坏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。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。

四、测试总结

4.1 测试设备

• 电源：+5.1 ±0.1 V，电流限制设置为1.5 ±0.1 A
• 电池：4.2 V LiCoO2或等效电池
• 两个Fluke 75 DMM（或等效或更好的万用表）
• 示波器：Model TDS220（或等效或更好的示波器）

4.2 设备与EVM设置

插孔/组件	连接或调整到
J1 - DC+	电源正极，预设为5 VDC，1 - A电流限制
J1 - DC–	电源接地
J2 - BAT+	电池组正极
J2 - BAT–	电池组负极
JMP1	在IN_IC和DC+之间施加分流器，允许使用J1输入
JMP2	为Pre - Term连接施加分流器
JMP3	移除分流器以进行USB100模式操作
JMP4	为CHG LED连接施加分流器
JMP5	为TS电位器连接施加分流器
JMP6 (bq24050/2)	使用J1作为输入时，施加分流器以模拟适配器连接
JMP6 (bq24055)	为PG LED连接施加分流器
JMP7 (bq24055)	使用J1作为输入时，施加分流器以模拟适配器连接
R2 (RISET)	在TP2和GND之间将R2调整为1k
R4 (R PRE - TERM)	在TP4和GND之间将R3调整为2k
R8 (R TS)	在TP9和GND之间将R11调整为10k

4.3 单节锂离子电池测试程序

1. 连接万用表：将一个万用表跨接在J2的BAT+到BAT–连接上。由于这是线性充电器，输入电源上的输出电流显示近似为输送到OUT引脚的电流。也可在电池组回路中放置一个100mΩ电阻，并使用万用表监测该感测电阻，以独立监测充电电流。
2. 开启电源：验证设置正确后，开启预设为5 VDC、1 A电流限制的电源。出厂时，快速充电电流编程为约540 mA，预充电时约为108 mA。
3. 模拟适配器连接：将JMP6 (bq24050/2)和JMP7 (bq24055)短接，将D+和D–输入连接在一起，模拟适配器连接。施加输入电源后，USB检测程序将检测到适配器并开始充电，当电池电压超过阈值时，可观察到约540 mA的电流。ISET2引脚电压与输送到OUT引脚的编程电流成正比，当输出电流为编程值的100%时，ISET2引脚电压为1.5 V。
4. 预处理模式：若电池电压低于V(LOWV)阈值，bq24050/2/5进入预处理模式。在此模式下，充电器以由PRE - TERM电阻编程的低电流（通常设置为快速充电电流的10%）对电池进行预充电，直到电池电压达到V(LOWV)阈值或预充电定时器到期。若定时器到期，充电电流将终止，bq24050/2/5进入故障模式，CHG LED熄灭。此时，切换输入电源、将TS引脚置低或更换电池可重置故障模式。
5. 快速充电恒流模式：一旦电池电压高于V(LOWV)阈值，电池进入快速充电恒流模式。该EVM通过ISET电阻编程为0.54 A的快速充电电流。由于USB检测程序检测到适配器，IC应处于此模式。
6. USB模式切换：在JMP3 ISET2 - HI上施加分流器，可观察到充电电流下降，IC进入USB500模式；移除分流器，模式变为USB100；将分流器放置在ISET2和GND之间，可观察到编程电流模式。USB检测程序在上电时始终设置模式，用户（处理器）需更改ISET2引脚状态，IC才能解锁充电模式并根据ISET2引脚设置。
7. 恒压充电：当电池达到电压调节阈值（4.2 V）时，电压控制环路接管，随着电池达到满容量，电流逐渐减小。
8. 充电终止：电池保持在快速充电模式，直到充电定时器到期或达到充电终止电流阈值。充电终止后，CHG LED熄灭。
9. 终止和定时器禁用模式：移除JMP5 (TS)，充电器开启，进入终止和定时器禁用模式（TTDM）。此模式下，输入到输出可连续供电，调节至4.2 V，最大电流由ISET电阻编程（若处于USB模式，可能会进一步受限）。只要系统不超过输入电源电流，系统可在此模式下无电池运行。
10. 再次充电：若电池放电至再充电阈值，充电器开始快速充电，但后续充电时CHG LED不会亮起。切换输入电源、更换电池或将TS引脚置低，可开始新的充电，CHG LED亮起。
11. 验证USB模式：将电池放电至4.0 V以下、3.0 V以上，移除Shunt 6 (bq24050/2)或Shunt 7 (bq24055)。移除并重新施加输入电源，验证检测到USB模式。从JMP3移除分流器并重新放置在JMP3：ISET2 - GND，验证电流设置为ISET电阻编程水平。
12. 使用USB电缆测试：可使用迷你USB电缆连接到EVM上的J3，并连接到USB端口或适配器作为电源。在使用USB迷你电缆施加电源之前，移除Shunt JMP6 (bq24050/2)或JMP7 (bq24055)，并将JMP1移动到IN_IC / USB +5V。

4.4 替代测试方法

可使用能源和吸收电流的四象限电源代替电池组来评估充电器，它能实现预充电、恒流和恒压快速充电之间的转换。需注意保持引线短，避免增加过多电感，以免电源和充电器之间产生相互作用。若需要长引线，在输出端跨接一个大电容有助于抵消电感。

五、原理图、物理布局和物料清单

5.1 HPA388A相关

包含bq24050/2 EVM的原理图、顶视图、底视图以及详细的物料清单。物料清单中列出了各个元件的参数、型号、制造商等信息，如电容、电阻、二极管、连接器等。

5.2 HPA379A相关

包含bq24055 EVM的原理图、顶视图、底视图以及物料清单。同样详细列出了各元件的相关信息。

六、重要注意事项

6.1 评估板使用限制

该评估板仅用于工程开发、演示或评估目的，并非适合一般消费者使用的成品。处理该产品的人员需具备电子培训并遵守良好的工程实践标准。评估板可能不符合欧盟关于电磁兼容性、有害物质限制（RoHS）、回收（WEEE）、FCC、CE或UL等指令的技术要求。

6.2 输入输出范围

操作EVM时，输入电源电压应在4.45 V至6.45 V之间。超出指定输入范围可能导致意外操作和/或对EVM造成不可逆损坏；连接超出指定输出范围的负载可能导致意外操作和/或对EVM造成永久性损坏。若对输入或输出范围有疑问，应在连接电源或负载前联系TI现场代表。

6.3 温度注意事项

正常运行时，部分电路组件的外壳温度可能超过60°C。只要保持输入和输出范围，EVM设计为可在某些组件高于60°C的情况下正常运行。在操作过程中，将测量探头靠近这些设备时，需注意它们可能很烫。

总之，bq24050/2/5系列充电器为单节锂离子电池充电提供了高效、可靠的解决方案。通过本文介绍的评测方法和注意事项，电子工程师可以更好地了解和使用该充电器，为相关产品的设计和开发提供有力支持。你在使用类似充电器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。