وبلاگ شرکت در مورد BQ24250 شارژر باتری لیتیوم یون تک سلولی با ادغام بالا و مدیریت مسیر توان

شرکت شنژن مینگجیادا الکترونیکس با مسئولیت محدود، تراشه BQ24250 از شرکت TI را عرضه می‌کند که یک شارژر باتری لیتیوم-یون تک سلولی با ادغام بالا و قابلیت مدیریت مسیر توان است.

BQ24250 یک شارژر سوئیچینگ با ادغام بالا برای باتری‌های لیتیوم-یون/لیتیوم-پلیمر تک سلولی است که توسط تگزاس اینسترومنتز (TI) عرضه شده و به طور خاص برای دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل و مینیاتوری طراحی شده است. این تراشه شامل یک معماری شارژ باک همگام، یک سیستم مدیریت هوشمند مسیر توان، کنترل شارژ چند مرحله‌ای و مجموعه‌ای جامع از مدارهای حفاظتی است. این تراشه امکان شارژ ایمن و کارآمد باتری‌های لیتیوم تک سلولی و سوئیچینگ توان سیستم را بدون نیاز به مدارهای جانبی پیچیده اضافی فراهم می‌کند. این تراشه برای دستگاه‌های قابل حمل با فضای محدود و الزامات بالا برای پایداری منبع تغذیه کاملاً مناسب است و آن را به راه‌حل مدیریت شارژ اصلی برای محصولات الکترونیکی مصرفی قابل حمل تبدیل می‌کند.

I. موقعیت‌یابی اصلی و مزایای اساسی BQ24250
BQ24250 بخشی از سری BQ2425x از آی‌سی‌های مدیریت شارژ اختصاصی است. این تراشه با طراحی منبع تغذیه تک ورودی، با ورودی‌های استاندارد مختلف از جمله پورت‌های USB و آداپتورهای برق AC سازگار است و حداکثر جریان شارژ 2 آمپر را پشتیبانی می‌کند و راندمان شارژ را با کنترل مصرف توان متعادل می‌سازد. در مقایسه با راه‌حل‌های شارژ گسسته سنتی، مزیت کلیدی این تراشه در سطح بالای ادغام و معماری مدیریت مستقل مسیر توان آن نهفته است که مشکل اصلی شارژرهای سنتی را که در آن «باتری بر بار سیستم اولویت دارد» کاملاً حل می‌کند. در عین حال، چیدمان PCB را ساده می‌کند، هزینه‌های توسعه سخت‌افزار را کاهش می‌دهد و مصرف توان دستگاه نهایی را کاهش می‌دهد.

BQ24250 با فرکانس سوئیچینگ ثابت 1.5 مگاهرتز کار می‌کند و می‌تواند با سلف‌های فوق‌العاده نازک 1.2 میلی‌متری جفت شود و الزامات طراحی ساختاری دستگاه‌های قابل حمل باریک و سبک را برآورده کند. این تراشه از رابط ارتباطی مستقل I²C پشتیبانی می‌کند و امکان پیکربندی قابل برنامه‌ریزی پارامترهای شارژ و گزارش‌دهی وضعیت عملیاتی در زمان واقعی را فراهم می‌آورد و در نتیجه الزامات مدیریت توان دقیق دستگاه‌های هوشمند را برآورده می‌کند. همچنین از حالت عملیاتی مستقل پشتیبانی می‌کند و امکان عملکرد پایه را بدون نیاز به کنترل‌کننده میزبان فراهم می‌آورد و آن را برای طیف وسیعی از کاربردهای دستگاه‌های ساده و هوشمند مناسب می‌سازد.

II. توابع سخت‌افزاری کلیدی و پارامترهای اصلی BQ24250

2.1 پیکربندی انعطاف‌پذیر محدوده جریان ورودی
BQ24250 از سوئیچ بین چندین محدوده حد جریان ورودی پشتیبانی می‌کند. از طریق پیکربندی سخت‌افزاری یا برنامه‌ریزی I²C، می‌توان آن را روی 100 میلی‌آمپر، 500 میلی‌آمپر، 900 میلی‌آمپر، 1.5 آمپر و 2 آمپر تنظیم کرد. این تراشه کاملاً با ورودی‌های برق با ظرفیت‌های مختلف مانند USB 2.0، USB 3.0 و آداپتورهای استاندارد سازگار است و به طور خودکار با خروجی منبع تغذیه برای جلوگیری از اضافه بار ورودی و ناپایداری منبع تغذیه سازگار می‌شود. همچنین از آداپتورهای کم مصرف پشتیبانی می‌کند و در نتیجه هزینه لوازم جانبی دستگاه را کاهش می‌دهد.

2.2 معماری شارژ باک همگام با راندمان بالا
این تراشه از توپولوژی شارژ باک سوئیچینگ همگام استفاده می‌کند. در مقایسه با راه‌حل‌های شارژ خطی، این امر اتلاف گرما را در حین شارژ به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد و راندمان تبدیل را هنگام تبدیل ولتاژ ورودی بالا به شارژ ولتاژ پایین به طور قابل توجهی بهبود می‌بخشد. این امر به طور موثری افزایش دمای دستگاه را به حداقل می‌رساند و پایداری کلی سیستم را بهبود می‌بخشد. ولتاژ شارژ دقیقاً با استاندارد باتری‌های لیتیوم-یون تک سلولی مطابقت دارد و دارای دقت تنظیم ولتاژ بالا است و به طور موثری از شارژ بیش از حد و شارژ کم جلوگیری می‌کند و در عین حال عمر چرخه باتری را تضمین می‌کند.

2.3 عملکرد مصرف توان فوق‌العاده کم
این تراشه شامل حالت خواب کم مصرف است؛ هنگامی که دستگاه در حال شارژ نیست یا تحت بار نیست، به طور خودکار وارد حالت آماده به کار کم مصرف می‌شود. با مصرف توان استاتیک بسیار کم، به طور موثری تخلیه خودکار باتری را در دوره‌های عدم فعالیت کاهش می‌دهد و در نتیجه عمر باتری در حالت آماده به کار دستگاه را افزایش می‌دهد. این امر آن را برای دستگاه‌های کم مصرف با زمان آماده به کار طولانی مانند دستگاه‌های پوشیدنی و ابزارهای تست قابل حمل مناسب می‌سازد.

III. عملکرد اصلی BQ24250: مدیریت هوشمند مسیر توان (معماری NVDC)
مدیریت مسیر توان برجسته‌ترین ویژگی BQ24250 است. با استفاده از معماری کنترل DC ولتاژ باریک (NVDC) و گنجاندن مدار مدیریت پویای مسیر توان (DPPM)، مسیرهای منبع تغذیه را به طور هوشمند سوئیچ می‌کند تا تخصیص توان پویا بین منبع تغذیه ورودی، باتری و بار سیستم را به دست آورد و در نتیجه منطق منبع تغذیه دستگاه‌های قابل حمل را به طور کامل بهینه کند.

3.1 عملکرد روشن شدن فوری در شرایط بدون باتری یا تخلیه عمیق
تراشه‌های شارژ سنتی قادر به تأمین توان بار سیستم در هنگام تخلیه عمیق یا عدم وجود باتری نیستند و مانع از راه‌اندازی دستگاه می‌شوند. در مقابل، معماری مسیر توان BQ24250 امکان راه‌اندازی فوری را حتی در غیاب باتری یا در هنگام تخلیه عمیق باتری فراهم می‌کند. پس از اتصال به منبع تغذیه خارجی، توان ورودی مستقیماً بار سیستم را بدون نیاز به باتری تأمین می‌کند و انعطاف‌پذیری عملیاتی دستگاه را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد و آن را برای سناریوهایی مانند اشکال‌زدایی دستگاه، استفاده اضطراری و تعویض باتری مناسب می‌سازد.

3.2 تخصیص توان پویا و شارژ مجدد باتری
این تراشه شامل مدارهای نظارت بر جریان و ولتاژ در زمان واقعی است که به طور مداوم ظرفیت خروجی منبع تغذیه ورودی و مصرف توان بار سیستم را نظارت می‌کنند. هنگامی که بار پیک لحظه‌ای از ظرفیت تأمین منبع تغذیه ورودی فراتر می‌رود، سیستم مدیریت مسیر توان به طور خودکار حالت شارژ مجدد باتری را فعال می‌کند، که در آن باتری با منبع تغذیه ورودی برای تأمین توان سیستم همکاری می‌کند. این امر عملکرد پایدار دستگاه را در بار کامل تضمین می‌کند و از مشکلاتی مانند راه‌اندازی مجدد دستگاه یا خرابی ناشی از پیک‌های مصرف توان لحظه‌ای جلوگیری می‌کند.

برعکس، هنگامی که منبع تغذیه ورودی کافی است، سیستم اولویت را به توان منبع خارجی می‌دهد و هرگونه توان مازاد کاملاً برای شارژ باتری استفاده می‌شود. این امر امکان تأمین همزمان توان و شارژ را فراهم می‌کند و استفاده از توان ورودی را به حداکثر می‌رساند و راندمان شارژ و تأمین توان را بهبود می‌بخشد. در عین حال، این مکانیزم به دستگاه اجازه می‌دهد تا با یک آداپتور با وات کمتر جفت شود و اندازه کلی و هزینه اجزای دستگاه را کاهش دهد.

3.3 حفاظت از تثبیت ولتاژ سیستم
این تراشه ولتاژ خروجی سیستم (پین SYS) را در زمان واقعی نظارت می‌کند. در صورت بروز تغییر ناگهانی در بار که باعث افت ولتاژ سیستم به حداقل آستانه (VMINSYS) شود، مدار DPPM به طور خودکار جریان شارژ را کاهش می‌دهد تا اولویت را به منبع تغذیه سیستم بدهد، ولتاژ عملیاتی را تثبیت کند و از تأثیر نوسانات ولتاژ بر عملکرد اجزای دقیق مانند کنترل‌کننده اصلی و سنسورهای دستگاه جلوگیری کند و در نتیجه پایداری عملیاتی را به طور قابل توجهی افزایش دهد.

IV. فرآیند شارژ استاندارد چهار مرحله‌ای باتری لیتیوم-یون BQ24250
BQ24250 به شدت از منطق شارژ استاندارد باتری‌های لیتیوم-یون تک سلولی پیروی می‌کند که شامل چهار مرحله است: شارژ قطره‌ای، پیش‌شارژ، شارژ سریع جریان ثابت و پایان‌دهی ولتاژ ثابت. با کنترل هوشمند در طول کل فرآیند، باتری‌ها را در وضعیت‌های مختلف - از جمله سلول‌های جدید، تخلیه عمیق و قدیمی - تطبیق می‌دهد و تعادلی بین سرعت شارژ و ایمنی باتری برقرار می‌کند.

4.1 مرحله شارژ قطره‌ای
برای باتری‌هایی با ولتاژ بسیار پایین یا باتری‌هایی که عمیقاً تخلیه شده‌اند، این تراشه شارژ قطره‌ای با جریان کم را آغاز می‌کند تا سلول‌های باتری را به تدریج فعال کند و مواد فعال را در باتری‌های تخلیه شده بازیابی کند. این امر از مشکلاتی مانند گرم شدن بیش از حد، تورم و آسیب ناشی از شارژ مستقیم با جریان بالا جلوگیری می‌کند و در نتیجه پایه ایمنی را برای شارژ سریع بعدی فراهم می‌کند.

4.2 مرحله پیش‌شارژ
پس از بازیابی ولتاژ باتری به آستانه، مرحله پیش‌شارژ آغاز می‌شود. جریان شارژ به تدریج افزایش می‌یابد تا ولتاژ و مقاومت داخلی باتری تثبیت شود، نوسانات ولتاژ سلول از بین برود، از جریان‌های غیرعادی در مرحله شارژ سریع جریان ثابت جلوگیری شود و انتقال روان در طول فرآیند شارژ تضمین شود.

4.3 فاز شارژ سریع جریان ثابت
هنگامی که ولتاژ باتری به محدوده نرمال می‌رسد، سیستم وارد فاز شارژ جریان ثابت با جریان بالا می‌شود. انرژی به طور مداوم با حداکثر جریان شارژ تنظیم شده تأمین می‌شود تا سطح شارژ باتری به سرعت افزایش یابد، زمان کلی شارژ به طور قابل توجهی کاهش یابد و الزامات شارژ سریع باتری‌های لیتیوم-یون با ظرفیت بالا را برآورده کند.

4.4 فاز پایان‌دهی ولتاژ ثابت
هنگامی که ولتاژ باتری به آستانه شارژ کامل نزدیک می‌شود، سیستم به حالت شارژ ولتاژ ثابت سوئیچ می‌کند. با اشباع شدن باتری، جریان شارژ به تدریج کاهش می‌یابد؛ هنگامی که جریان به آستانه پایان‌دهی کاهش می‌یابد، شارژ به طور خودکار متوقف می‌شود و خطر شارژ بیش از حد را کاملاً از بین می‌برد، حلقه بسته شارژ را به طور دقیق تکمیل می‌کند و عمر چرخه باتری را حفظ می‌کند.

V. مکانیزم حفاظت ایمنی جامع BQ24250
BQ24250 شامل مجموعه‌ای کامل از مدارهای حفاظتی ایمنی در سطح سخت‌افزار است و نیاز به اجزای حفاظتی کمکی خارجی را از بین می‌برد. این تراشه به طور جامع خطرات مختلف را در طول فرآیندهای شارژ و تأمین توان کاهش می‌دهد، ایمنی دستگاه و باتری را افزایش می‌دهد و استانداردهای گواهینامه ایمنی را برای دستگاه‌های قابل حمل برآورده می‌کند. توابع حفاظتی کلیدی شامل موارد زیر است:

- حفاظت در برابر ولتاژ بیش از حد: حفاظت سه‌گانه در برابر ولتاژ بیش از حد ورودی، ولتاژ بیش از حد باتری و ولتاژ خروجی بیش از حد سیستم؛ مدارهای منبع تغذیه و شارژ در صورت تجاوز از حد بلافاصله قطع می‌شوند؛
- حفاظت در برابر جریان بیش از حد: محدودیت جریان ورودی، حفاظت در برابر جریان بیش از حد شارژ و حفاظت در برابر جریان بیش از حد اتصال کوتاه بار برای جلوگیری از آسیب رساندن جریان‌های غیرعادی به تراشه و اجزای جانبی؛
- حفاظت در برابر دمای بیش از حد: نظارت داخلی دما به طور خودکار توان را کاهش می‌دهد یا شارژ را متوقف می‌کند هنگامی که دمای اتصال تراشه از حد مجاز فراتر می‌رود و پس از کاهش دما به طور خودکار عملیات را از سر می‌گیرد؛
- حفاظت در برابر اتصال کوتاه: حفاظت قطع فوری توان در برابر اتصال کوتاه در بار سیستم یا پورت باتری، که خطر آتش‌سوزی یا آسیب به قطعات ناشی از اتصال کوتاه را از بین می‌برد؛
- حفاظت از اتمام زمان شارژ: مکانیزم‌های تشخیص اتمام زمان برای هر مرحله شارژ وجود دارد تا از شارژ بیش از حد طولانی مدت یا «شارژ شبح» ناشی از گیر کردن باتری در وضعیت غیرعادی جلوگیری شود.

VI. سناریوهای کاربردی اصلی برای BQ24250
به لطف مزایای اصلی ادغام بالا، اندازه فشرده، پایداری بالا و مدیریت هوشمند توان، BQ24250 به طور گسترده در انواع محصولات الکترونیکی باریک و قابل حمل که با باتری‌های لیتیوم تک سلولی کار می‌کنند، استفاده می‌شود. کاربردهای معمول شامل: دستگاه‌های پوشیدنی هوشمند (ردیاب‌های تناسب اندام، ساعت‌های هوشمند)، تستر‌های قابل حمل، جعبه‌های شارژ هدفون بلوتوث بی‌سیم، دستگاه‌های کوچک خانه هوشمند، لوازم الکترونیکی مصرفی دستی و دستگاه‌های پزشکی قابل حمل. این تراشه انتخابی برای مدیریت شارژ در دستگاه‌های قابل حمل فشرده و با پایداری بالا است.

VII. خلاصه BQ24250
BQ24250 به عنوان یک آی‌سی مدیریت شارژ باتری لیتیوم-یون تک سلولی با کارایی بالا، دارای مدیریت هوشمند مسیر توان NVDC به عنوان برجسته‌ترین ویژگی خود است که به نقاط درد صنعت مرتبط با راه‌حل‌های شارژ سنتی، مانند تداخل بین تأمین توان و شارژ، پایداری ضعیف بار و ناتوانی در روشن شدن بدون باتری می‌پردازد. علاوه بر این، با بهره‌گیری از مزایایی مانند طراحی سخت‌افزار با ادغام بالا، منطق شارژ دقیق چهار مرحله‌ای، حفاظت ایمنی جامع و پیکربندی پارامتر قابل برنامه‌ریزی، تعادلی بین سهولت توسعه، پایداری دستگاه و طول عمر باتری برقرار می‌کند. این تراشه برای الزامات تأمین توان و شارژ انواع دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل هوشمند و سبک کاملاً مناسب است و ارزش فوق‌العاده‌ای برای کاربردهای مهندسی ارائه می‌دهد.