原创 锂电池充电管理及BQ24070的应用

本人这段时间做一个手持机的项目，要用到单节锂电池供电。以前没有接触过锂电池充电管理方面的技术，花了几天时间研究了一番，现在汇报一下研究成果。由于第一次做这样的项目，也许存在错误，欢迎朋友们拍砖。<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

       首先查一下锂离子电池的相关国标（GBT18287-2000）

       以下几个标准需要用到：

1、放电终止电压：2.75V；

2、额定容量：生产厂标明的电池容量，指电池在环境温度为20℃±<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />5℃条件下，以5h率放电至终止电压时所应提供的电量，用C5表示,单位为Ah（安培小时）或mAh（毫安小时）。

3、充电限制电压：4.2V；

4、电池可采用下列制式之一进行充电:

a）在环境温度20℃±5℃的条件下，以0.2C5 A充电，当电池端电压达到充电限制电压时，改为恒压充电，直到充电电流小于或等于0.01C5 A，最长充电时间不大于8h，停止充电。此充电制式为检验的仲裁充电制式。

b）在环境温度20℃±5℃的条件下，以1C5 A充电，当电池端电压达到充电限制电压时，改为恒压充电，直到充电电流小于或等于0.01C5 A，最长充电时间不大于8h，停止充电。

5、关于预充电（预充电在GBT18287-2000中没看到有说明，查了其它的资料）。在电池电压低于3.0V时，先要以小电流（10-50 mA）对电池预充电，当电池电压上升到3.0V时再以正常电流充电。

       由于手持机要与电脑通过USB端口通信，因此充电电源主要为电脑USB端口，充电方式采用方式一。

       手持机要求在充电的同时能够正常工作，也就是能够一边充电，一边给系统供电。

       查了一下市面上的充电管理芯片，感觉德州仪器（TI）做得不错（给TI做一下广告，不知道有没有广告费啊，哈），选定BQ24070带动态电源路径管理(DPPM)的单节锂电池充电管理芯片。

以下是原理框图和BQ24070的应用。

1、BQ24070的“MODE”管脚通过R4接地，将其设置为USB模式，“ISET2”管脚通过R7接高，设置USB能提供的最大电流为500mA；

2、设置终止充电电流I(TERM)

由于BQ24070的终止充电电流I(TERM)，正常充电电流IO(BAT)和预充电电流IO(PRECHG)由同一个电阻设置，为了能够最大限度将电池充满，先设置终止充电电流I(TERM)。

I(TERM)= K(SET)×V(TERM)/R(SET)

其中：K(SET)=450，V(TERM)=0.1V

考虑到正常充电电流IO(BAT)不能太小（否则充电时间太长），设置I(TERM)=17 mA

R(SET)= K(SET)×V(TERM)/ I(TERM) =450×0.1/0.017=2.64K，取R(SET)=2.61K 1%电阻，即R5=2.61K；

3、正常充电电流IO(BAT)

IO (OUT)=V(SET)×K(SET)/ R(SET)

其中V(SET)=2.5V，K(SET)=425

IO (OUT)=2.5×425/2.61=407 mA；

未超过电脑USB端口能提供的最大电流500 mA，并且在充电的同时还有93 mA的电流可以向手持机供电。

4、预充电电流IO(PRECHG)

当电池电压低于3V时，BQ24070会以一个预充电电流将电池电压充至3.0V，此后才以正常的电流充电。

IO(PRECHG)=K(SET)×V(PRECHG)/R(SET)

由于此时10 mA ≤ IO(BAT) ≤ 100 mA，K(SET)=450；

V(PRECHG)=0.25V

IO(PRECHG)=450×0.25/2.61=43.1 mA。

5、RDPPM的取值

RDPPM=VDPPM/ (IDPPM×SF)

其中：IDPPM=100微安，SF=1.15

RDPPM一般取比系统最低工作电压高0.5V

本系统中，LDO输出电压：3.0V，LDO最大压降：0.15V，系统最低工作电压：3.0+0.15=3.15V。

VDPPM=3.15+0.5=3.65V。

RDPPM=VDPPM/ (IDPPM×SF)=3.65/(0.1×1.15)=3.65/0.115=31.739K，取RDPPM=31.6K，即：R8=31.6K；

6、充电安全时间设定

t(CHG) = K(TMR) × R(TMR)

K(TMR)：时间设置因子，等于0.360s/Ω

根据国标，电池充电时间不大于8小时，设定充电安全时间为6小时

R(TMR)=6×60×60/0.360=60K，取R(TMR)=60.4K 1%电阻，即R9=60.4K；

7、由于实际条件的限制，本设计不使用BQ24070的电池温度检测功能，因此将“TS”管脚通过R6接地（建议弟兄们在做设计的时候还是尽量加上温度检测，这样比较保险）。

8、其它要注意的事项

1）在没有外接电源接入时，电池通过OUT管脚向系统供电。如果此时电池电压≥3V，电池与OUT管脚之间会有40-100mV的压降。即：如果电池电压为3.7V，那么，此时OUT管脚上的电压最小可能是3.6V；

2）芯片在启动时，有150mS的延时，用于USB枚举，在此时间内，芯片忽略USB能提供的电流；

3）“/PG”管脚用于检测充电电源是否插入，“STAT1”和“STAT2”用于指示充电状态，在实际应用中要注意它们都是开漏输出。