电路设计之充放一体保护板 - BQ24075充电管理

BQ24075 是 TI 的单节锂电池线性充电管理芯片，主要负责给 1 节 Li-ion / LiPo（3.7V 标称、4.2V 满充）充电。

手册

它比较关键的一点是带 Power Path（电源路径管理），所以对我们这个东西比较友好一些, 我们可以很简单的实现边冲边用

GND

先处理接地问题, 将 24075 的 EP(17), VSS(8)两脚接地, 前者其实算一个导热的通道, 是在芯片底下的一大层焊皮, 通过接入 GND 层来实现快速散热, 而 VSS 就是芯片内部的接地, 啥好说的

Vin

接下来处理 IN(13), 这里主要是接入我们刚刚在TypeC 输入那里的USB5V网络

当然, 我们需要额外并联一个 4.7uF (这是DataSheet的推荐值) 的贴片电容再接地来稳定电流, 这里的原理大概是这样的

上过高中物理的, 可以简单理解电容就是一个小电池, 充放电速度快, 在一些情况 (譬如开始充电, 负载升高), 因为阻抗的问题, 可能会导致电压出现一个略大幅度的波动, 这里加的电容我们称去耦电容, 其实就是在电压大幅下降或者快速升高时, 能够通过充放电来降低压差, 进而稳定电压

同样的, 我们希望去耦电容和元件尽量接近来降低寄生电感的影响, 否则可能导致去耦电容完全没用.

BAT & OUT

现在处理电池端, 24075 的BAT(2,3)是电池端, 其实方法和输出OUT(10,11)大差不差, 就在一起了, 同样是合并在一起, 接入各自的网络, 同样也是需要加一个去耦电容来增加稳定性, 当然, 我们选用 10uF 的贴片电容, 万金油, 也在datasheet的推荐范围内

ISET

现在处理ISET(16), 这个是用于控制充电速率的, 所以这个脚是不能悬空的, 否则芯片会不工作, 对这部分, 我们有如下公式来控制速率

$$ R_{ISET}=\frac{K_{ISET}}{I_{CHG}} $$

其中 $K_{ISET}$是一个常数, 查阅可知这个值是 890, $I_{CHG}$是我们期望的充电电流, 为了保守起见, 我们使用 500mA 充电, 计算得到我们的$R_{ISET}$应该是 1780Ω, 所以我们这里的操作就很简单了, 直接接入 1780Ω 电阻再接地即可

ILIM & EN

意思和 ISET 接近, ISET 限制充电电流, 而 ILIM 是限制进入 24075 的总电流, EN 我们可以认为是预设模式选择, 真值表如下

当然了, ILIM 也有神秘小公式

$$ I_{IN(MAX)} = \frac {K_{ILIM}} {R_{ILIM}} $$

K 同样是常数, 近似为 1550, 我们希望最大电流 800mA, 计算得到需要的电阻是 1937Ω左右, 取标准值 1.96kΩ, 为了走 ILIM 模式, 我们需要把 EN2 置 1, EN1 置 0

CE

"#CE"名字中的#代表低电平有效, 这是这是控制 24075 是否充电的脚, 即 0 允许, 1 不允许, 那没啥说的, 直接接地

SYSOFF

这个是控制电池通断的, 高电平有效, 高电平时, 将不再从电池取电, 类似电子器械的运输模式什么的, 反正就是个严肃切割, 我们用不到, 直接接地

TS

我们也用不上, 这个主要是电池温度检测, 无所谓,买的成品电池也不一定给读取线, 我们直接按照datasheet里讲的接入 10kΩ 电阻接地就是了, 因为这个也是禁止悬空

TMR

顾名思义, 一个计时器, 防止神人电池一直充电停不下来的情况, 或者持续异常, 同样有牢牢小公式

$$ t_{PRECHG}=R_{TMR}\times K_{TMR} $$

$$ t_{FAST}=10\times R_{TMR}\times K_{TMR} $$

$$ K_{TMR}\approx48\ \text{s/k}\Omega $$

也就是说, 如果我们用 36kΩ电阻, 他的预计超时是 29 分钟, 快充超时 4.8 小时, 即预充电 29 分钟没达到预期电压就停止, 大电流充电持续 4.8 小时停止, 还是很好的

并且这个脚有默认值, 悬空即可使用默认值, 这两个值就分别是 30min, 5h

CHG & #PGOOD

这俩类似检测脚了, CHG 是检测是否充电的, 低电平有效, 即充电时为低电平, 停止充电为高阻态, 可以接个 LED 作为指示

后者检测输入是否正常, 比如输入电压在芯片允许的范围内了, 那就是低电平, 反之高阻态, 同样可以拿个 LED 指示

那就接完了, 看看全貌