Микросхема BQ25895 это контроллер мощного зарядного устройства, работающего в ключевом режиме, для управления системой питания с батареей Li-Ion и Li-Polymer. Микросхема поддерживает быструю зарядку, с использованием источника питания с высоким напряжением (high input voltage fast charging). Цепи передачи энергии с низким сопротивлением, импульсный режим работы снижают время заряда батареи и увеличивают срок её жизни во время фазы разряда.
Последовательный интерфейс I2C, через который настраивается зарядка и изменяются системные настройки, делает микросхему BQ25895 очень гибким решением для реализации системы питания переносных устройств.
BQ25895 поддерживает широкий диапазон источников питания, включая стандартный порт хоста USB, порт зарядки USB и совместимый с новой редакцией стандарта USB высоковольтный подстраиваемый адаптер (adjustable high voltage adapter, далее для краткости AHVA). Для поддержки быстрой зарядки с применением AHVA микросхема BQ25895 поддерживает технологию MaxChargeTM, использующую выводы D+/D– и DSEL для управления коммутацией USB. Дополнительно в микросхему добавлен интерфейс для поддержки AHVA с использованием протокола входного импульсного тока. Для установки предела входного тока по умолчанию микросхема использует встроенный интерфейс USB. Микросхема BQ25895 совместима со спецификацией питания стандартов USB 2.0 и USB 3.0, с регулировкой входного тока и напряжения. Дополнительно оптимизатор входного тока (Input Current Optimizer, ICO) поддерживает определение точки максимальной мощности входного источника питания без его перегрузки. Микросхема поддерживает повышение напряжения батареи с предоставлением настраиваемого напряжения в диапазоне 4.5V .. 5.5V на выводе PMID с током до 3.1 A и со встроенным детектированием режима заряда и повышения напряжения.
• Высокоэффективный ключевой преобразователь на 5A, работающий на частоте 1.5 МГц.
– КПД 93% при токе заряда 2A и 91% при токе 3A. – Оптимизирован для высоких входных напряжений (9V .. 12V). – Есть режим Low Power PFM для работы с облегченной нагрузкой.
• Режим повышения напряжения (Boost Mode Operation) с настраиваемым выходным напряжением в диапазоне 4.5V .. 5.5V.
– Для Boost Converter частота преобразования выбирается в диапазоне 500 кГц .. 1.5 МГц с током на выходе до 3.1A. – КПД 93% Boost преобразования на 5V с выходным током 1A.
• Интегрированное управление для переключения между режимом зарядки и режимом повышения напряжения (Boost Mode).
• Один вход для поддержки входа USB и подстраивающихся высоковольтных адаптеров (Adjustable High Voltage Adapters).
– Поддерживается диапазон входных напряжений от 3.9V до 14V. – Ограничение тока по входу (от 100 mA до 3.25 A с точностью 50 mA), чтобы поддерживать стандартные адаптеры USB2.0, USB3.0 и высоковольтные адаптеры. – Отслеживание максимальной мощности по входному ограничению тока до 14V для широкого ассортимента адаптеров питания. – Автоматическое определение USB SDP, CDP, DCP и нестандартных адаптеров.
• Оптимизатор входного тока (Input Current Optimizer, ICO), чтобы передать максимум входной мощности без перегрузки адаптеров.
• Компенсация сопротивления (IRCOMP) от выхода зарядного устройства до контактов заряжаемой батареи.
• Самая высокая эффективность разряда батареи с сопротивлением 11 мОм силового ключа MOSFET, с током до 9A.
• Интегрированный АЦП (ADC) для системного мониторинга (напряжение, температура, ток заряда).
• Точное управление распространением мощности VDC, Narrow VDC (NVDC) Power Path Management.
– Немедленное включение, работающее без батареи или при глубоко разряженной батарее. – Работа как идеальный диод в режиме поддержки батареи (Battery Supplement Mode).
• Управление транзистором BATFET для поддержки Ship Mode, Wake Up и Full System Reset.
• Гибкий автономный режим и режим управления по I2C для достижения оптимальной системной производительности.
• Высокая интеграция в микросхеме - в неё встроены все силовые транзисторы MOSFETs, датчик тока и петлевая компенсация.
• Для поддержки режима поставки/хранения (Ship Mode) реализован низкий ток потребления от батареи: 12 мкА.
• Высокая точность:
– ±0.5% при регулировке напряжения заряда батареи. – ±5% при регулировке тока заряда батареи. – ±7.5% при регулировке входного тока.
• Безопасность:
– Термодатчик для режимов Charge и Boost. – Регулировка температуры и выключение при перегреве. – Создание пользовательского дизайна с использованием BQ25895 в среде WEBENCH® Power Designer [5].
Области применения:
• Power-банк, мобильная точка доступа Wi-Fi. • Беспроводные акустические системы Bluetooth. • Портативные устройства, работающие через Интернет.
Упрощенная схема BQ25895:
Цоколевка корпуса RTW (WQFN), вид сверху:
Функции выводов:
№
Имя
Тип*
Описание
1
VBUS
P
Подключение напряжения внешнего источника для питания и зарядки батареи. Между VBUS и PMID подключен внутренний n-канальный MOSFET транзистор для блокировки обратного тока (RBFET). Установите конденсатор на 1 мкФ между VBUS и PGND, и разместите его на печатной плате как можно ближе к микросхеме.
2
D+
AIO
Стандартные сигналы интерфейса USB. На этих сигналах основана система детектирования порта зарядки (хост USB, выделенный порт зарядки, высоковольтный источник питания). Детектирование включает data contact detection (DCD), primary and secondary detection в BC1.2 и Adjustable high voltage adapter (MaxCharge).
3
D-
4
STAT
DO
Выход с открытым стоком для индикации различных операций блока зарядки микросхемы. Подключите к нему верхний подтягивающий резистор 10 кОм. Как вариант через токоограничивающий резистор можно подключить светодиод. Лог. 0 означает, что идет процесс зарядки батареи. Лог. 1 означает, что зарядка завершена, либо запрещена. Когда произошло любое событие ошибки, STAT начинает переключаться с частотой 1 Гц. Функцию вывода STAT можно запретить установкой бита STAT_DIS.
5
SCL
DI
Такты интерфейса I2C. На этом выводе должен быть подключен внешний верхний подтягивающий резистор 10 кОм.
6
SDA
DIO
Данные интерфейса I2C. На этом выводе должен быть подключен внешний верхний подтягивающий резистор 10 кОм.
7
INT
DO
Выход с открытым стоком, к нему нужно подключить внешний верхний подтягивающий резистор 10 кОм. Сигнал INT импульсом лог. 0 длительностью 256 мкс сигнализирует хосту об изменении состояния блока зарядки микросхемы и/или о событии ошибки.
8
OTG
DI
Ножка разрешения режима повышающего преобразователя (Boost Mode, питание от аккумулятора). Режим Boost активируется, когда OTG_CONFIG=1, на ножке OTG лог. 1, и когда на VBUS не было определено подключение источника питания достаточной мощности, чтобы питать систему.
9
/CE
DI
Управляющий сигнал разрешения зарядки (Charge Enable) с активным уровнем лог. 0. Зарядка батареи разрешена, когда CHG_CONFIG=1 и на ножке /CE лог. 0. Ножка /CE должна быть подтянута к уровню лог. 1 или лог. 0.
10
ILIM
AI
Вход для настройки предела входного тока. Ножка ILIM устанавливает максимальный входной ток, и может использоваться для мониторинга входного тока. Ножка ILIM устанавливает предел максимального входного тока путем регулирования напряжения 0.8V на ножке ILIM. Резистор, подключенный между ножкой ILIM и землей, устанавливает максимальный входной ток IINMAX = KILIM/RILIM. Реальное ограничение тока выбирается по минимальному значению, установленному ножкой ILIM (когда бит EN_ILIM=1) или битами регистра IIINLIM. Ограничение входного тока меньше 500 mA ножкой ILIM не поддерживается. Ножка ILIM также может использоваться для мониторинга входного тока, когда напряжение на ней меньше 0.8V. Входной ток пропорционален напряжению на ножке ILIM, и может быть вычислен как IIN = (KILIM x VILIM) / (RILIM x 0.8). Работу ножки ILIM можно запретить, когда бит EN_ILIM=0.
11
TS
AI
Вход для подключения термодатчика. Подсоедините к нему терморезистор (термистор) с отрицательным температурным коэффициентом. Программируемое окно температур определяется делителем напряжения между REGN, TS и GND. Зарядка приостанавливается, когда напряжение на ножке TS вышло за допустимые пределы. Рекомендуется использовать термистор 103AT-2.
12
/QON
DI
Вход управления для функции принудительного разрешения открытия BATFET / входа сброса системы по питанию. Когда BATFET находится в состоянии Ship Mode (система хранится на складе или доставляется потребителю), лог. 0 на этом входе длительностью tSHIPMODE (типовое значение 1 секунда) включит транзистор BATFET для выхода из Shipping Mode (на систему будет подано питание от батареи). Когда к VBUS не подключен внешний источник питания, лог. 0 на входе /QON длительностью tQON_RST (типовое значение 10 секунд) сбросит напряжение SYS (питание системы) путем выключения BATFET на время tBATFET_RST (типовое значение 0.3sec) и повторного включения BATFET, что приведет к передергиванию питания системы. Обычно это произведет полный сброс системы по питанию (full system power reset, или power-on-reset, POR). На ножке /QON реализован внутренний верхний подтягивающий резистор, поэтому она может оставаться не подключенной, если не используется, либо к ней может быть подключена кнопка (замыкающая /QON на землю).
13 14
BAT
P
Выводы для подключения положительного полюса батареи. Внутри микросхемы транзистор BATFET соединяет выводы BAT и SYS. Конденсатор 10 мкФ между цепью BAT и силовой землей должен быть установлен на плате как можно ближе к ножке BAT микросхемы.
15 16
SYS
P
Выход для питания системы. Внутренний транзистор BATFET соединяет BAT и SYS. Когда напряжение на батарее упадет ниже минимума системного напряжения, преобразователь напряжения будет поддерживать на SYS уровень выше минимально допустимого для питания системы. Подключите конденсатор 20 мкФ как можно ближе к ножке SYS микросхемы.
17 18
PGND
P
Силовая земля, с которой соединен узел преобразования напряжения. Внутри микросхемы цепь PGND соединена с истоком n-канального транзистора LSFET, работающего в качестве нижнего плеча полумоста преобразователя. На печатной плате соедините эти выводы напрямую к цепи силовой земли и к выходным конденсаторам зарядного устройства. Настоятельно рекомендуется организовать соединение между PGND и аналоговой землей в одной точке, рядом с выводами PGND микросхемы.
19 20
SW
P
"Горячая" точка подключения индуктивности выходного ФНЧ преобразователя. Внутри микросхемы сигнал SW подключен к средней точке соединения плеч силового полумоста преобразователя (исток n-канального HSFET и сток n-канального LSFET). Подключите 0.047 мкФ bootstrap-конденсатор между выводами SW и BTST.
21
BTST
P
Положительное повышенное напряжение, используемое драйвером затвора верхнего плеча силового полумоста (HSFET Q2). Внутри микросхемы BTST соединен с катодом диода накачки (boost-strap diode). Подключите конденсатор 0.047 мкФ между выводами SW и BTST микросхемы.
22
REGN
P
Выход положительного напряжения питания LDO-регулятора. Это напряжение используется для питания драйвера затвора нижнего плеча силового полумоста (LSFET Q3). Внутри микросхемы REGN подключен к аноду booststrap-диода. Подключите конденсатор 4.7 мкФ 10V между REGN и аналоговой землей. Конденсатор должен быть установлен как можно ближе к микросхеме. REGN также предоставляет напряжение смещения для ножки TS.
23
PMID
P
Выход режима Battery Boost. Соединен со стоком транзистора блокировки обратного тока (RBFET) и стоком транзистора HSFET. Между PMID и PGND необходим конденсатор минимальной емкости 40 мкФ для выходного тока 2.4A, и 60 мкФ для выходного тока 3.1A.
24
DSEL
DO
Выход с открытым стоком, показывающий захват контроля над сигналами D+/D- со стороны мультиплексора. Для формирования логического сигнала подключите к DSEL верхний подтягивающий резистор 10 кОм. Эта ножка в нормальном состоянии находится в "плавающем" состоянии (канал стока закрыт), и верхний внешний подтягивающий резистор формирует на DSEL уровень лог. 1. Во время процесса детектирования типа подключенного входного источника питания ножка DSEL переводится в лог. 0, показывая этим, что детектор источника питания требует исключительного управления сигналами D+/D-. Когда детектирование завершено, ножка DSEL остается в лог. 0, когда было определено состояние MaxCharge. Ножка DSEL вернется в отключенное состояние (или лог. 1 при верхней подтяжке), когда был определен другой тип входного источника питания.
PowerPAD™
P
Теплоотводящая контактная площадка на донышке корпуса микросхемы. Всегда припаивайте PowerPAD к массивной контактной площадке платы, снабженной переходными отверстиями, соединяющими цепи заливок медью PGND на всех слоях печатной платы.
Примечание *: в столбце "Тип" обозначен функциональный тип вывода микросхемы. DI означает цифровой вход (Digital Input), DO цифровой выход (Digital Output), DIO цифровой двунаправленный сигнал (Digital Input/Output), AI аналоговый вход (Analog Input), AO аналоговый выход (Analog Output), AIO аналоговый двунаправленный сигнал (Analog Input/Output), P питание или силовые цепи (Power).
[Подробное описание BQ25895]
В микросхеме реализован высокоинтегрированный блок зарядки на 5A, работающий в ключевом режиме. Он предназначен для одной ячейки Li-Ion и Li-polymer батареи. В BQ25895 встроены несколько FET-ключей: ключ блокировки обратного тока (RBFET, Q1), ключ верхнего плеча полумоста (HSFET, Q2), ключ нижнего плеча полумоста (LSFET, Q3), и ключ батареи (BATFET, Q4). Также в микросхему интегрирован bootstrap-диод для каскада управления высоковольтным ключом.
Функциональная блок-схема:
Power-On-Reset (POR). Встроенные схемы смещения получают питание от самого высокого напряжения VBUS и BAT. Когда VBUS вырастет выше VVBUS_UVLOZ, или когда BAT вырастет выше VBAT_UVLOZ, активируются блоки компаратора сна, компаратора истощения батареи и драйвера BATFET. Интерфейс I2C готов к обмену, и все регистры сбрасываются в значение по умолчанию. Управляющий MCU может получить доступ ко всем регистрам микросхемы (через I2C) после завершения POR.
Включение питания системы от батареи, без подключенного входного адаптера. Если присутствует только батарея, и её напряжение выше порога истощения (VBAT_DPLZ), то BATFET открывается и подключает батарею к системе. REGN LDO остается выключенным, чтобы минимизировать статический ток потребления. Низкое сопротивление RDS(ON) открытого канала BATFET и низкий статический ток от BAT минимизируют кондукционные потери и увеличивают время работы системы от батареи. Микросхема всегда мониторит ток разряда через BATFET (Supplement Mode). Когда система перегружена, или на нагрузке появилось короткое замыкание (IBAT > IBATFET_OCP), микросхема немедленно выключит BATFET и установит бит BATFET_DIS, чтобы показать запрет ключа батареи BATFET, пока снова не будет подкючен входной адаптер, или пока не будет применен один из методов, описанных в разделе BATFET Enable (Exit Shipping Mode), чтобы снова разрешить открытие канала BATFET.
Включение питания от подключенного входного адаптера. Когда подключен входной источник питания, микросхема проверяет его напряжение для включения REGN LDO и всех схем смещения. Она детектирует и устанавливает предел ограничения тока перед тем, как запустится повышающий преобразователь, когда установлен бит AUTO_DPDM_EN. Последовательность включения следующая:
1. Включение REGN LDO. 2. Квалификация качества входного питания (Poor Source Qualification). 3. Детектирование входного источника питания (Input Source Type Detection) на основе D+/D-, чтобы установить регистр предела входного тока по умолчанию (Input Current Limit, IINLIM) и тип входного источника питания. 4. Установка порога входного напряжения (Input Voltage Limit Threshold Setting, порог VINDPM). 5. Включение преобразователя.
Включение REGN (LDO). REGN LDO обеспечивает питанием внутренние схемы смещения, а также драйверы управления затворами ключей HSFET и LSFET. LDO также обеспечивает шину смещения для внешних резисторов TS (TS это ножка подключения термистора). Также к REGN можно подключить pull-up резисторы сигналов STAT. REGN разрешен, когда выполняются все перечисленные ниже условия:
1. VBUS > VVBUS_UVLOZ. 2. VBUS > VBAT + VSLEEPZ в режиме понижающего преобразователя (buck mode) или VBUS < VBAT + VSLEEP в режиме повышающего преобразователя (boost mode). 3. После задержки 220 мс.
Если одно из этих условий не выполнено, микросхема находится в состоянии высокого сопротивления (HIZ) с выключенным REGN LDO. В состоянии HIZ микросхема потребляет от VBUS ток меньше IVBUS_HIZ. Система получит питание от батареи, когда микросхема находится в состоянии HIZ.
Poor Source Qualification. После того, как включится REGN LDO, микросхема проверяет качество входного источника питания, т. е. его возможности по предоставлению необходимого тока. Входной источник должен удовлетворять следующим требованиям, чтобы запустился понижающий преобразователь (buck converter).
1. Напряжение VBUS < VACOV. 2. Напряжение VBUS > VVBUSMIN, когда потребляется ток IBADSRC (топовое значение 30mA).
Как только входной источник прошел требования по этим двум входным условиям, установится бит VBUS_GD регистра статуса, и на ножке INT будет выведен импульс для сигнализации хосту. Если детектирование источника входного питания прошло неудачно, то попытки квалификации входного источника повторяются через каждые 2 секунды.
Детектирование типа входного источника. После того, как установится бит VBUS_GD и включится REGN LDO, блок зарядки аккумулятора запустить детектирование типа входного источника (Input Source Type Detection), когда установлен бит AUTO_DPDM_EN.
Микросхема BQ25895 следует стандарту USB Battery Charging Specification 1.2 (BC1.2), и для детектирования входного источника (SDP/CDP/DCP) и нестандартного адаптера использует сигналы USB D+/D-. Дополнительно, когда был детектирован USB DCP, через инициируется D+/D- согласование работы адаптера (handshake AHVA). Микросхема поддерживает MaxCharge™ handshake, когда установлен MAXC_EN или HVDCP_EN.
После детектирования типа входного источника для хоста выдается импульс INT. Дополнительно меняется состояние следующих регистров и выводов:
1. Изменяется регистр лимита входного тока (IINLIM) для установки предела тока. 2. Установится бит PG_STAT. 3. Обновится бит SDP_STAT, чтобы показать USB100 или другой входной источник питания.
При необходимости хост может перезаписать регистр IINLIM, чтобы поменять предел входного тока. Входной ток блока зарядки всегда ограничен нижним пределом регистра IINLIM или вывода ILIM, независимо от того, разрешен ли Input Current Optimizer (ICO), или нет.
Когда AUTO_DPDM_EN запрещен, детектирование типа входного источника пропускается. В этом случае регистр Input Current Limit (IINLIM), биты VBUS_STAT и SPD_STAT не меняются и сохраняют свои предыдущие значения.
Установка предела входного тока выводами D+/D–. В микросхему BQ25895 встроена система детектирования входного источника питания на базе сигналов D+/D– интерфейса USB, которая используется для автоматической установки предела входного тока. Детектирование D+/D- обнаруживает стандартный адаптер USB BC1.2, нестандартный адаптер, и высоковольтный настраиваемый адаптер (AHVA). Когда подключен входной источник питания, микросхема начинает процедуру детектирования стандартного адаптера USB BC1.2. USB BC1.2 может идентифицироваться как Standard Downstream Port (SDP), Charging Downstream Port (CDP) и Dedicated Charging Port (DCP). Когда истекло время 500 мс таймера Data Contact Detection (DCD), для установки предела входного тока применяется детектирование нестандартного адаптера.
Когда детектирован DCP, микросхема инициирует AHVA handshake, включая протокол MaxCharge™. Handshake соединяет комбинации источника (источников) напряжения и/или потребителя тока на D+/D-, чтобы сигнализировать входному источнику напряжения поднять выходное напряжение от 5V до 9V/12V. AHVA handshake можно запретить очисткой бит MAXC_EN и/или HVDCP_EN.
Таблица 2. Конфигурации D+/D- выхода подстраиваемого высоковольтного адаптера (AHVA).
ADJUSTABLE HIGH VOLTAGE HANDSHAKE
D+
D-
Выход
MaxCharge (12V)
I1P6MA_ISINK
V3p45_VSRC
12V
MaxCharge (9V)
V3p45_VSRC
I1P6MA_ISINK
9V
После того, как завершится детектирование типа входного источника питания, для хоста генерируется импульс INT. Дополнительно обновляются регистры, включая Input Current Limit (IINLIM), VBUS_STAT и SDP_STAT, как показано в таблице 3:
Таблица 3. Input Result BQ25895.
Детектирование D+/D-
Предел входного тока (IINLIM)
SDP_STAT
VBUS_STAT
USB SDP (USB500)
0.5A
1
001
USB CDP
1.5A
010
USB DCP
3.25A
011
Divider 3
1A
110
Divider 1
2.1A
Divider 4
2.4A
Divider 2
2A
MaxCharge
1.5A
100
Неизвестный адаптер
0.5A
101
Принудительный запуск детектирования входного тока. Если микросхема подключена к хосту, то хост может скомандовать запустить детектирование путем установки бита FORCE_DPDM. После завершения детектирования бит FORCE_DPDM сам возвратится в значение 0, и обновится Input Result.
Установка предела входного напряжения (порог VINDPM). Микросхема поддерживает широкий диапазон входных напряжений (3.9V .. 14V) для высоковольтного заряда и предоставляет два метода установки предела входного напряжения Input Voltage Limit (VINDPM) для облегчения автономного детектирования.
1. Абсолютный VINDPM (FORCE_VINDPM=1). Путем установки бита FORCE_VINDPM в 1 запрещается алгоритм установки порога VINDPM. Регистр VINDPM может быть записан хостом, чтобы он мог установить абсолютный порог функции VINDPM. 2. Относительный VINDPM на основе регистров VINDPM_OS (FORCE_VINDPM=0), это метод по умолчанию.
Когда бит FORCE_VINDPM в лог. 0 (состояние по умолчанию), разрешен алгоритм установки порога VINDPM. Тогда регистр VINDPM доступен только для чтения, и блок заряда управляет этим регистром с помощью алгоритма установки порога VINDPM. Этот алгоритм позволяет использовать широкий диапазон адаптеров (VVBUS_OP) для гибкой установки порога VINDPM.
После того, как установлен Input Voltage Limit Threshold, для хоста генерируется импульс INT.
Включение преобразователя. После того, как установлен предел входного тока, разрешается работа преобразователя, и начинают переключаться HSFET и LSFET. Если зарядка батареи запрещена, то BATFET закрыт, иначе BATFET остается открытым, чтобы батарея заряжалась.
Микросхема обеспечивает мягкий старт, когда поднимается уровень напряжения питания системы. Когда системное напряжение питания ниже 2.2V, входной предел тока устанавливается ниже 200 мА или установки регистра IINLIM. После того, как напряжение питания системы вырастет свыше 2.2V, микросхема ограничивает входной ток на меньшее из значений ножки ILIM и регистра IILIM (ICO_EN = 0), или по значению регистра IDPM_LIM (ICO_EN = 1).
В качестве зарядного устройства батареи в микросхеме реализован эффективный понижающий ключевой регулятор, работающий на частоте 1.5 МГц. Генератор с фиксированной частотой сохраняет жесткий контроль над частотой переключения для всех условий входного напряжения, напряжения батареи, тока зарядки и температуры, что упрощает разработку выходного фильтра преобразователя.
Цепь компенсации type III позволяет использовать на выходе преобразователя керамические конденсаторы. Внутренний пилообразный сигнал сравнивается с внутренним сигналом ошибки управления, чтобы менялась скважность заполнения импульсов преобразователя. Высота импульса пилы пропорциональна напряжению PMID, чтобы предотвратить любые изменения в петле регулирования из-за изменения входного напряжения.
Чтобы повысить эффективность работы при слабой нагрузке микросхема переключается на управление PFM, когда батарея выдает напряжение меньше минимального установленного системного напряжения питания, или когда зарядка запрещена. Во время работы PFM скважность переключения устанавливается по соотношению напряжений SYS и VBUS.
Input Current Optimizer (ICO). В микросхеме реализована продвинутая технология оптимизации входного тока Input Current Optimizer (ICO), чтобы определить точку максимальной мощности источника питания без его перегрузки. Этот алгоритм автоматически идентифицирует максимальный входной ток источника питания без ввода VINDPM, чтобы избежать перегрузки источника.
Эта функция разрешена по умолчанию (ICO_EN=1), и может быть запрещена сбросом в 0 бита ICO_EN после того, как был определен входной источник типа DCP или MaxCharge по описанной выше процедуре. Этот алгоритм запускается автоматически, когда установлен бит ICO_EN. Также алгоритм можно принудительно запустить установкой бита FORCE_ICO, независимо от детектированного типа входного источника.
Актуальный предел тока, используемый системой динамического управления питанием (Dynamic Power Management, DPM), можно узнать в регистре IDPM_LIM, когда Input Current Optimizer разрешен (ICO_EN = 1), или может быть установлен регистром IINLIM, когда алгоритм оптимизатора запрещен (ICO_EN = 0). Дополнительно предел тока определяется выводом ILIM кроме случая, когда бит EN_ILIM сброшен в 0, чтобы запретить функцию вывода ILIM.
Boost Mode при работе от батареи. Микросхема поддерживает работу в режиме повышающего преобразователя, чтобы передать энергию от батареи другим потребителям через ножку PMID. Выходной ток режима повышающего преобразователя дает выходной ток до 3.1A для быстрого заряда планшета или смартфона. Boost Mode может быть разрешен, если выполняются условия:
1. BAT > BATLOWV. 2. VBUS < BAT+VSLEEP (в режиме сна). 3. Разрешена работа Boost Mode (ножка OTG в лог. 1 и бит OTG_CONFIG = 1). 4. Напряжение на ножке TS (термистор) находится в диапазоне, сконфигурированном для Boost Mode Temperature Monitor битами BHOT и BCOLD. 5. После 30 мс задержки от момента разрешения Boost Mode.
В Boost Mode микросхема работает как повышающий преобразователь/регулятор на частоте 500 кГц или 1.5 МГц (это выбирается битом BOOST_FREQ). Чтобы избежать изменения частоты во время работы Boost Mode, запись в бит конфигурации частоты (BOOST_FREQ) игнорируется, когда установлен бит OTG_CONFIG.
Во время Boost Mode биты VBUS_STAT регистра статуса установлены в 111, выход VBUS по умолчанию установлен на 5V (выбирается битами BOOSTV). Повышающий выход поддерживается, когда напряжение BAT больше порога VOTG_BAT.
Управление источниками питания. Микросхема поддерживает широкий диапазон входных источников питания - USB, сетевой блок питания, автомобильная батарея. Устройство предоставляет автоматический выбор источника питания для системы (SYS) от входного разъема (VBUS), батареи (BAT), или от обоих.
Архитектура Narrow VDC. В микросхеме реализована архитектура Narrow VDC (NVDC) с транзистором BATFET, отделяющим систему от батареи. Минимальное системное напряжение устанавливается битами SYS_MIN. Даже с полностью истощенной батареей системное напряжение регулируется выше минимального (по умолчанию 3.5V).
Когда батарея разряжается ниже минимальной системной установки напряжения, BATFET работает в линейном режиме (режим LDO mode), и система регулируется выше минимального установленного системного напряжения. Как только напряжение батареи вырастет выше минимального системного напряжения, BATFET полностью открывается, и разница напряжения между системой и батареей составляет VDS перехода транзистора BATFET. Бит VSYS_STAT регистра статуса переходит в 1, когда система находится в минимальном системном регулируемом напряжении.
Рис. 10. V(SYS) и V(BAT).
Динамическое управление питанием. Чтобы удовлетворить максимальному пределу тока в спецификации USB и избежать перегрузки адаптера, в микросхеме реализована функция динамического управления питанием (Dynamic Power Management, DPM), которая постоянно мониторит входной ток и входное напряжение. Когда входной источник перегружен, либо ток превышает предел входного тока (IINLIM или IDPM_LIM), либо напряжение падает ниже минимального предела (VINDPM), микросхема уменьшает ток зарядки, пока входной ток не упадет ниже установленного предела, и входное напряжение не возрастет выше установленного предела.
Когда ток зарядки снизится до нуля, но входной источник все еще перегружен, начнет снижаться напряжение питания системы. Как только системное напряжение упадет ниже напряжения батареи, устройство автоматически войдет в режим поддержки (Supplement Mode), BATFET открыт и батарея начнет разряжаться, так что напряжение системы поддерживается током и от входного источника, и от батареи.
В режиме DPM биты регистра статуса VDPM_STAT (VINDPM) и/или IDPM_STAT (IINDPM) устанавливается в лог. 1. На рис. 11 показан ответ DPM с адаптером 9V/1.2A, 3.2V батареей, током зарядки 2.8A и минимальной установкой системного питания 3.4V.
Рис. 11. Ответ DPM.
Supplement Mode. Когда системное напряжение падает ниже напряжения батареи, транзистор BATFET открывается, и затвор BATFET регулируется драйвером так, чтобы минимальное напряжение VDS на открытом канале BATFET оставалось на значении 30mV, когда через него течет низкий ток. Это предотвращает генерацию из-за входа в режим поддержки (Supplement Mode) и выхода из него. Как только ток разряда увеличивается, затвор BATFET регулируется для снижения RDS(ON) до полного открытия канала BATFET. Начиная с этого момента BATFET VDS линейно увеличивается пропорционально току разряда. Рис. 12 показывает кривую зависимости напряжение/ток (V/I) процесса регулирования затвора BATFET. BATFET выключается для выхода из Supplement Mode, когда напряжение на батарее упадет ниже порога истощения.
Рис. 12. Кривая V/I зависимости канала BATFET.
Управление зарядкой батареи. Микросхема заряжает 1-ячеечную Li-Ion батарею током до 5A, что позволяет применять батарею высокой емкости. BATFET с сопротивлением открытого канала The 11 мОм повышает эффективность заряда и минимизирует падение напряжения во время разряда.
Автономный зарядный цикл. Когда разрешена зарядка батареи (бит CHG_CONFIG = 1 и ножка /CE = 0), микросхема автономно завершает цикл зарядки без вмешательства хоста. Параметры зарядки по умолчанию перечислены в таблице 4. Хост всегда может управлять операциями зарядки и оптимизировать параметры зарядки путем записи в соответствующие регистры через I2C.
Таблица 4. Установки по умолчанию параметров зарядки.
Режим по умолчанию (Default Mode)
BQ25895
Зарядка напряжением
4.208V
Зарядка током
2.048A
Ток предварительной зарядки (Pre-charge Current)
128mA
Ток завершения зарядки
256mA
Температурный профиль
Холодно/горячо (Cold/Hot)
Таймер безопасности
12 часов
Новый цикл зарядки начинается, когда выполняются следующие условия:
• Стартовал преобразователь. • Разрешена зарядка батареи путем установки бита CHG_CONFIG, перевода ножки /CE в лог. 0, и в регистре ICHG находится значение не 0 mA. • На ножке TS термистора нет состояния отказа. • Нет отказа на таймере безопасности. • BATFET не выключен принудительно (бит BATFET_DIS = 0).
Блок зарядки микросхемы автоматически прервет цикл заряда, когда ток заряда снизится ниже порога завершения, напряжение заряда батареи выше порога перезаряда, микросхема не в режиме DPM, и нет температурной регулировки. Когда полное напряжение батареи разрядится ниже порога возобновления заряда (этот порог выбирается битом VRECHG), микросхема автоматически начнет новый цикл зарядки. После того, как зарядка завершилась, новый цикл зрядки может быть инициирован либо переключением ножки /CE, либо битом CHG_CONFIG.
Выход STAT показывает статус зарядки (уровнем лог. 0), завершение заряда или запрет заряда (уровнем лог. 1), или ошибку процесса зарядки (мигание). Выход STAT может быть запрещен установкой бита STAT_DIS. Дополнительно регистр статуса (CHRG_STAT) показывает различные фазы зарядки: 00 зарядка запрещена, 01 предварительный заряд (precharge), 10 быстрый заряд (fast charge, заряд постоянным током) и режим заряда постоянным напряжением, 11 завершение зарядки. Как только цикл заряда завершен, будет сгенерирован импульс на ножке INT для оповещения хоста.
Профиль зарядки батареи. Микросхема заряжает батарею в трех фазах: предварительная подготовка (preconditioning), постоянный ток и постоянное напряжение. В начале цикла зарядки микросхема проверяет напряжение батареи и регулирует ток и напряжение.
Таблица 5. Установка тока зарядки.
VBAT
Ток зарядки
Настройка по умолчанию REG
CHRG_STAT
< 2V
IBATSHORT (ток короткого замыкания)
-
01
2V .. 3V
IPRECHG (ток предзаряда)
128 mA
01
> 3V
ICHG (ток заряда)
2048 mA
10
Если блок зарядки в состоянии регулирования DPM, или во время зарядки вступила в действие температурная регулировка, то ток заряда может быть меньше, чем запрограммированное значение. В этом случае завершение временно запрещено, и таймер безопасности считает на половине частоты тактов.
Рис. 13. Профиль зарядки батареи.
Завершение зарядки. Микросхема прервет цикл заряда, когда напряжение на батарее поднимется выше порога перезаряда, и ток снизится ниже значения тока завершения зарядки. После того, как цикл заряда завершен, транзистор BATFET закроется. Преобразователь продолжит работу для предоставления напряжения питания системы, и BATFET может снова открыться для включения режима поддержки (Supplement Mode).
Когда произойдет завершение заряда, регистр статуса CHRG_STAT установится в 11, и будет сгенерирован импульс INT для информирования хоста. Завершение временно запрещается, когда блок зарядки находится в режиме регулировки входного тока, напряжения или температуры. Завершение может быть запрещено записью 0 в бит EN_TERM перед завершением заряда.
Компенсация сопротивления (IRCOMP). Для системы с высоким током заряда сопротивление между выходом источника питания заряда и контактами батареи (в это сопротивление входят сопротивления цепей печатной платы, контактов коннектора, каналов MOSFET и резистора датчика тока) может слишком рано принудительно перевести процесс зарядки из фазы постоянного тока в фазу постоянного напряжения, и увеличить время зарядки. Чтобы ускорить цикл зарядки, микросхема предоставляет функцию компенсации сопротивления (IRCOMP), которая может увеличить время зарядки постоянным током, чтобы передать в батарею максимальную мощность.
Микросхема позволяет хосту компенсировать это сопротивление путем увеличения регулируемого напряжения на базе реального тока зарядки и сопротивления, как показано ниже. Для безопасной работы хост должен установить разрешенный максимум в регистре регулировки напряжения (VCLAMP) и минимальную компенсацию сопротивления (BATCOMP).
VREG_ACTUAL = VREG + min(ICHRG_ACTUAL x BATCOMP, VCLAMP) (1)
Квалификация термистора, окно холодно/горячо в режиме зарядки. Микросхема постоянно мониторит температуру батареи путем измерения напряжения на выводе TS относительно земли. Это напряжение обычно определяется термистором с отрицательным коэффициентом сопротивления (NTC) и внешним делителем напряжения. Микросхема сравнивает это напряжение с внутренними порогами, чтобы определить, разрешена ли зарядка батареи. Для инициирования цикла зарядки температура батареи должна быть в пределах порогов VLTF и VHTF. Во время цикла зарядки температура батареи должна быть в пределах порогов VLTF и VTCO, иначе микросхема приостанавливает зарядку и ждет, пока температура батареи не приведет к напряжению на выводе TS в диапазоне между VLTF и VHTF.
Рис. 14. Цепочка резисторов TS.
Когда произойдет отказ TS, регистр отказа REG0C[2:0] реальное состояние вывода TS и будет сгенерирован импульс INT для информирования хоста. Ножка STAT покажет ошибку, когда зарядка приостановлена.
Рис. 15. Пороги напряжений ножки TS термистора.
Предположим, что на блоке батареи стоит резистор 103AT NTC, включенный по схеме рис. 14, значение RT1 и RT2 может быть определено по формулам 2:
(2)
Выберем диапазон температур 0°C .. 45°C для батареи Li-ion или Li-polymer,
RTHCOLD = 27.28 кОм RTHHOT = 4.91 кОм RT1 = 5.21 кОм RT2 = 29.87 кОм
Окно холодно/горячо в Boost Mode. Для защиты батареи в режиме повышения напряжения (boost mode) микросхема мониторит температуру батареи, чтобы она находилась в пределах порогов VBCOLDx .. VBHOTx кроме случая, когда запрещен контроль температуры boost mode установкой бит BHOT в значение 11. Когда температура выйдет за пределы порогов, запрещаются boost mode и BATFET, и установится бит BATFET_DIS, чтобы снизить ток утечки на PMID. Как только температура возвратится в диапазон порогов, хост может очистить бит BATFET_DIS, или предоставить логику для перепада уровня от 0 к 1 на выводе QON, чтобы разрешить BATFET и boost mode.
Рис. 16. Пороги напряжений на выводе TS термистора в Boost Mode.
Таймер безопасности зарядки. В микросхеме реализован таймер безопасности для предотвращения увеличения времени цикла заряда из-за ненормальных условий батареи. Таймер безопасности установлен на 4 часа, когда напряжение на батарее ниже порога VBATLOWV. Пользователь может запрограммировать таймер безопасности быстрого заряда через I2C (биты CHG_TIMER). Когда таймер безопасности досчитал до конца, биты ошибки CHRG_FAULT установятся в 11, и будет сгенерирован импульс INT для информирования хоста. Таймер безопасности может быть запрещен через I2C установкой бита EN_TIMER.
Во время регулировок входного напряжения, тока или температурного регулирования таймер безопасности тактируется на половине тактовой частоты, поскольку актуальный ток зарядки вероятно будет ниже тока, настроенного регистром. Например, если блок зарядки находится в режиме регулировки входного тока (IDPM_STAT = 1) на протяжении всего цикла зарядки, и таймер безопасности установлен на 5, то его время истечет после 10 часов счета. Функция счета на половинчатой частоте тактов может быть запрещена записью 0 в бит TMR2X_EN.
Монитор батареи. В микросхеме имеется монитор батареи для измерения напряжений VBUS, батареи, системного питания, ножки термистора, тока зарядки с учетом режима работы. Измерения можно прочитать в регистрах монитора (REG0E-REG12). Монитор батареи можно сконфигурировать в двух режимах преобразования битом CONV_RATE: однократное преобразование (состояние по умолчанию) и периодические преобразования каждую секунду.
В состоянии однократного преобразования (CONV_RATE = 0) запуск преобразования производится установкой бита CONV_START. Во время преобразования бит CONV_START установлен, и он автоматически очистится микросхемой, когда преобразование значений напряжения завершится. Результат преобразования будет готов по истечению времени tCONV (максимум 1 секунда).
Для непрерывного преобразования (CONV_RATE = 1) бит CONV_RATE может быть установлен для инициирования преобразования. Во время активного преобразования CONV_START установлен, что показывает прогресс преобразования. Для непрерывного преобразования монитор батареи автоматически каждую секунду обновляет результат преобразования. Монитор батареи выйдет из режима непрерывного преобразования, когда очищен бит CONV_RATE.
Когда монитор батареи активен, регулятор REGN разрешен, и это увеличивает статический ток потребления микросхемы. В режиме питания только от батареи монитор батареи активен только когда V(BAT) > SYS_MIN установки в регистре REG03.
Таблица 6. Режимы работы Battery Monitor.
Параметр
Регистр
Режимы работы
Зарядка (CHARGE)
Повышение (BOOST)
Запрет зарядки
Только батарея
Напряжение батареи (VBAT)
REG0E
ДА
ДА
ДА
ДА
Напряжение питания системы (VSYS)
REG0F
ДА
ДА
ДА
ДА
Температура (TS), напряжение (VTS)
REG10
ДА
ДА
ДА
ДА
Напряжение VBUS (VVBUS)
REG11
ДА
ДА
ДА
недоступно
Ток зарядки (IBAT)
REG12
ДА
недоступно
недоступно
недоступно
Индикатор статуса зарядки (STAT). Микросхема показывает состояние зарядки на выходе с открытым стоком STAT. Ножка STAT может управлять светодиодом (LED), как показано на рис. 47. Функция ножки STAT может быть запрещена установкой бита STAT_DIS.
Таблица 7. Состояние ножки STAT.
Состояние зарядки
Индикатор STAT
Идет процесс зарядки (включая возобновление зарядки)
лог. 0
Зарядка завершена
лог. 1
Режим сна (Sleep Mode), зарядка запрещена
лог. 1
Зарядка приостановлена из-за ошибки (перенапряжение на входе, уровень напряжения на входе TS вышел за допустимые пределы, завершение счета таймера безопасности или перенапряжение на SYS)
переключение с частотой 1 Гц
Прерывание для хоста (INT). В некоторых приложениях хост не всегда отслеживает работу блока зарядки микросхемы. INT оповещает систему о событиях в работе микросхемы. На ножке INT будет сгенерирован импульс длительностью 256 мкс, когда произойдут следующие события.
• Был идентифицирован подключенный источник питания USB/адаптер (через детектирование PSEL или DPDM, с ножкой OTG).
• Был детектирован качественный источник питания:
– VBUS выше напряжения батареи (не в режиме сна). – VBUS ниже порога VACOV. – VBUS выше VVBUSMIN (типичного значения 3.8V), когда прикладывается ток IBADSRC (типичное значение 30 mA), что не говорит от некачественном источнике питания.
• Отключен источник питания.
• Зарядка завершена.
• Любое событие ошибки (FAULT event) в регистре REG0C.
Когда произошла ошибка, блок зарядки микросхемы посылает импульс INT, и сохраняет состояние ошибки в регистре REG0C до тех пор, пока хост не прочитает регистр ошибки. Перед тем, как хост прочитает REG0C и все ошибки очистятся, блок зарядки не будет посылать импульсы INT при новых неисправностях. Чтобы прочитать текущий статус ошибки, хост должен 2 раза последовательно прочитать REG0C. Первое чтение сообщит о предыдущем состоянии регистра ошибки, и второе чтение сообщит текущее состояние регистра ошибки.
[Управление транзистором BATET (Q4)]
Режим запрета BATFET (Shipping Mode). Чтобы увеличить время жизни батареи и минимизировать потребление энергии, когда система выключена и находится в ожидании, состоянии хранения на складе или в доставке потребителю, микросхема может выключить BATFET, чтобы напряжение питания системы стало нулевым. Это минимизирует ток утечки батареи. Когда хост установит бит BATFET_DIS, блок зарядки может немедленно закрыть ключ BATFET, или через задержку tSM_DLY, что конфигурируется битом BATFET_DLY.
Разрешение BATFET (выход из Shipping Mode). Когда транзистор BATFET запрещен (в режиме доставки), и это показывается установленным битом BATFET_DIS, одно из следующих событий может разрешить BATFET для восстановления питания системы:
1. Подключение адаптера питания. 2. Очистка бита BATFET_DIS. 3. Установка бита REG_RST, чтобы сбросить все регистры, включая бит BATFET_DIS, в состояние по умолчанию (0). 4. Перепад лог. 1 -> лог. 0 на ножке QON длительностью больше tSHIPMODE.
BATFET Full System Reset. Транзистор BATFET работает как выключатель между батареей и системой, когда не подключен внешний источник питания. Путем изменения состояния BATFET от выключено на включено, для системы, подключенной к ножке SYS, может быть сгенерирован сброс по питанию (power-on-reset, POR). Ножка QON поддерживает интерфейс кнопки, позволяющий сбросить питание системы без необходимости для хоста изменить состояние BATFET.
Когда ножка QON подтянута к лог. 0 на время tQON_RST (типовая длительность нажатия кнопки 15 секунд), когда не подключен внешний источник питания, и разрешен BATFET (BATFET_DIS = 0), BATFET выключается на время tBATFET_RST и затем снова включается, генерируя тем самым сброс системы по питанию. Эту функцию можно запретить сбросом в 0 бита BATFET_RST_EN.
Протокол управления импульсом тока. Микросхема предоставляет управление для генерации протокола импульса тока VBUS, чтобы обмениваться данными с подстраиваемым высоковольтным адаптером (Adjustable High Voltage Adapter, AHVA). Этот протокол обмена используется для повышения или понижения напряжения адаптера. Чтобы разрешить этот интерфейс, должен быть установлен бит EN_PUMPX. Тогда хост может выбрать импульс увеличения/уменьшения напряжения путем установки бита PUMPX_UP или PUMPX_DN (но не обоих этих бит), чтобы запустить последовательность импульса тока VBUS. Во время последовательности импульса тока биты PUMPX_UP или PUMPX_DN установлены, чтобы показать прогресс генерации последовательности импульсов, и микросхема выдает импульсы входного тока в пределах между текущим пределом тока, установленного IINLIM или регистром IDPM_LIM, и пределом тока 100mA (IINDPM100_ACC). Когда последовательность импульсов завершится, предел входного тока возвратится в значение, установленное IINLIM или регистром IDPM_LIM, и очистится бит PUMPX_UP или PUMPX_DN (в зависимости от того, какой из них был установлен). Дополнительно может быть очищен EN_PUMPX во время последовательности импульсов тока, чтобы прервать эту последовательность и немедленно вернуть блок зарядки к пределу тока, установленного IINLIM или регистром IDPM_LIM. Когда бит EN_PUMPX в лог. 0, запись в бит PUMPX_UP и PUMPX_DN игнорируется, и не влияет на предел тока VBUS.
Настройка предела входного тока ножкой ILIM. Для обеспечения безопасного функционирования у микросхемы есть дополнительный аппаратный вход ILIM для ограничения входного тока. Максимальный входной ток задается резистором, подключенным между выводом ILIM и землей, по следующей формуле:
IINMAX = KILIM / RILIM (3)
Реальный предел ограничения входного тока - минимальная из двух величин, установленных выводом ILIM и настройкой регистра (IINLIM). Например, если в регистре находится значение 111111 для 3.25A, и на вывод ILIM подключен резистор 260 Ом, (KILIM = 390 max.) для тока 1.5A, то предел входного тока будет 1.5A. Когда установлен бит EN_ILIM, ножка ILIM может использоваться для установки предела входного тока вместр настройки регистра. Микросхема регулирует на ножке ILIM на напряжение 0.8V. Если напряжение ILIM превысит 0.8V, микросхема входит в режим регулировки тока (см. секцию "Динамическое управление питанием").
Ножка ILIM также может использоваться для мониторинга входного тока, когда разрешен EN_ILIM. Напряжение на ножке ILIM пропорционально входному току, входной ток вычисляется по следующей формуле 4:
KILIM x VILIM IIN = ------------------- (4) RILIM x 0.8V
Например, если к ножке ILIM подключен резистор 260 Ом, и напряжение на ILIM 0.4V, то реальный входной ток 0.615A .. 0.75A (основывается на указанном KILM). Если вывод ILIM оставлен не подключенным, то входной ток ограничен нулем, поскольку напряжение на отключенной ножке ILIM превысит 0.8V. Если ножка ILIM замкнута на землю, то входной ток ограничен установкой регистра.
Функция ножки ILIM может быть запрещена сбросом в 0 бита EN_ILIM. Когда эта ножка запрещена, то недоступна как функция ограничения тока, так и функция измерения тока по напряжению на ножке ILIM.
[Температурная регулировка и отключение при перегреве]
Термозащита в Buck Mode. В режиме понижающего преобразователя (Buck Mode) микросхема мониторит температуру своего кристалла TJ, чтобы избежать перегрева. Когда внутренняя температура кристалла превысит установленный лимит (биты TREG), микросхема снизит ток зарядки. Широкий диапазон температурного регулирования 60?C .. 120?C дает возможность оптимизировать тепловую производительность системы.
Во время температурного регулирования реальный ток обычно меньше запрограммированного тока заряда батареи. Таким образом, завершение заряда запрещено, таймер безопасности работает на половине своей тактовой частоты, и бит THERM_STAT регистра статуса переходит в лог. 1.
Дополнительно у микросхемы есть функция термозащиты (thermal shutdown), которая выключает преобразователь и BATFET, когда температура микросхемы превышает TSHUT. Регистр ошибки (fault register CHRG_FAULT) установится в значение 10, и хосту для сигнализации будет выдан импульс INT. BATFET и преобразователь восстановят свою работу автоматически, когда температура микросхемы уменьшится ниже порога TSHUT_HYS.
Термозащита в Boost Mode. В режиме повышающего преобразователя (Boost Mode) микросхема мониторит температуру своего кристалла, чтобы избежать перегрева. Когда температура поверхности микросхемы превысит TSHUT, микросхема выключит BATFET, чтобы запретить разряд батареи. Когда температура поверхности микросхемы уменьшится ниже TSHUT_HYS, хост может использовать один из методов восстановления работы, описанный в секции "Разрешение BATFET (выход из Shipping Mode)".
[Мониторинг напряжения и тока в режимах Buck и Boost]
Buck Mode. Микросхема тщательно мониторит входное напряжение и системное напряжение, а также ток HSFET для безопасных операций режимов понижения (buck) и повышения (boost) преобразователя.
Перенапряжение по входу (ACOV). Входное напряжение для работы в buck mode VVBUS_OP. Если напряжение VBUS превысит VACOV, микросхема немедленно остановит переключения преобразователя. При перенапряжению по входу (ACOV) биты регистра ошибки CHRG_FAULT установятся в 01. Хосту будет сгенерирован импульс INT.
Защита от превышения системного напряжения (System Overvoltage Protection, SYSOVP). Блок зарядки фиксирует уровень системного напряжения питания во время переходных процессов, чтобы выбросами повышенного напряжения не были повреждены компоненты, подключенные к системному питанию. Когда было деректировано перенапряжение системного питания SYSOVP, преобразователь немедленно останавливается, чтобы зафиксировать перенапряжение.
Мониторинг тока в Boost Mode. Микросхема тщательно мониторит напряжение VBUS, а также ток LSFET, чтобы гарантировать безопасную работу повышающего преобразователя (boost mode).
Защита от перенапряжения в Boost Mode. Когда напряжение PMID увеличится выше регулируемого целевого напряжения и превысит VOTG_OVP, микросхема активирует защиту от перенапряжения, остановит переключение преобразователя и приостановит boost mode (бит OTG_CONFIG останется установленным) пока не будет удален отказ по перенапряжению (OVP fault). При перенапряжении установится бит отказа (BOOST_FAULT), чтобы показать ошибку функционирования boost. Для хоста будет сгенерирован импульс INT.
[Защита батареи]
Защита от перенапряжения (Battery Overvoltage Protection, BATOVP). Предел перенапряжения батареи фиксируется на уровне 4% выше напряжения регулировки батареи. Когда происходит перенапряжение на батарее, микросхема немедленно запретит зарядку. Установится бит ошибки BAT_FAULT, и сгенерируется импульс INT для хоста.
Защита от переразряда (Battery Over-Discharge Protection). Когда батарея разрядится до уровня напряжения ниже VBAT_DPL, BATFET выключится, чтобы завершить переразряд батареи. Чтобы восстановиться из этого состояния, к VBUS надо подключить источник питания. Когда источник питания подключен, BATFET открывается. Батарея заряжается током IBATSHORT (типовое значение 100 mA), когда VBAT < VSHORT, или ток предварительного заряда (precharge current), как установлено в регистре IPRECHG, когда напряжение батареи находится между VSHORT и VBATLOWV.
Защита от превышения тока системы. Когда системная шина питания замкнута, или значительно перегружена (IBAT > IBATOP), так что потребляемый от неё ток превышает лимит перегрузки по току, микросхема выключает BATFET. Действия, описанные в секции "Разрешение BATFET (выход из Shipping Mode)" могут сбросить состояние срабатывания защиты и снова открыть BATFET.
Микросхема использует I2C-совместимый интерфейс для гибкого программирования параметров зарядки и немедленного опроса статуса микросхемы. I2C это двунаправленный двухпроводный последовательный интерфейс. Для него требуется только две линии с открытым стоком: последовательные данные (SDA) и последовательные такты (SCL). В процессе управления протоколом передачи данных на шине I2C разделяют главные устройства (master, чаще всего на шине один master) и подчиненные устройства (slave). Master инициирует транзакцию данных на шине, генерирует сигналы тактов и обращается к подчиненным устройствам по адресу.
Микросхема BQ25895 работает как подчиненное устройство с адресом 6AH, принимая управляющие данные от главного устройства, наподобие микроконтроллера или процессора DSP через регистры REG00-REG14. Регистр, считанный за пределами REG14 (0x14), вернет значение 0xFF. Интерфейс I2C поддерживает режим стандартной скорости (100 килобит), и быстрый режим (fast mode, скорость до 400 килобит). Когда шина свободна, обе линии интерфейса SCL и SDA находятся в лог. 1. Ножки SDA и SCL это выводы с открытым стоком, и они должны быть подтянуты к положительному напряжению питания через верхние подтягивающие резисторы (pull-up).
Корректные интервалы логики данных. Данные на линии SDA должны быть стабильны во время периода лог. 1 сигнала тактов SCK. Состояние лог. 1 или лог. 0 линии данных может меняться только когда сигнал тактов SCL находится в лог. 0. Для каждого передаваемого бита данных генерируется один период импульсов так тактов.
Рис. 17. Передача бита по шине I2C.
START и STOP. Все транзакции начинаются сигналом START (S), и могут быть завершены сигналом STOP (P). Переход от лог. 1 к лог. 0 на SDA, когда на SCL лог. 1, определяет сигнал START. Переход от лог. 0 к лог. 1 на SDA, когда на SCL лог. 1, определяет сигнал STOP.
Сигналы START и STOP всегда генерирует master. Шина считается занятой после сигнала START, и освобождается после сигнала STOP.
Рис. 18. Сигналы START и STOP.
Формат байта. Каждый байт, передаваемый через SDA, должен быть длиной 8 бит. Количество передаваемых байт в транзакции не ограничено. За каждым байтом идет бит подтверждения (Acknowledge bit). Данные передаются старшим битом (Most Significant Bit, MSB) вперед. Если slave-устройство не может принять или передать другой полный байт, пока не выполнит какую-то свою внутреннюю функцию, оно может удерживать линию SCL в лог. 0, чтобы принудить master войти в состояние ожидания (так называемое растягивание тактов). Передача данных может продолжиться, когда slave-устройство будет готово для другого байта, и отпустит к лог. 1 уровень тактов SCL.
Рис. 19. Транзакция данных по шине I2C.
Примечание: на рис. 19 применены сокращенные обозначения сигналов. S обозначает START, Sr повторный START (Repeated START), P обозначает STOP.
Acknowledge (ACK) и Not Acknowledge (NACK). Подтверждение прикрепляется к каждому байту в виде отдельного бита. Этот бит подтверждения дает возможность получателю сообщить передатчику, что был байт был успешно принят, и можно отправить другой байт. Все импульсы тактов, включая 9-й импульс тактов бита подтверждения, генерируются устройством master.
Передатчик освобождает линию SDA в момент бита подтверждения, чтобы приемник мог подтянуть SDA к лог. 0, и оставить SDA в таком состоянии во время периода лог. 1 тактового импульса SCL.
Когда SDA остается в лог. 1 во время 9-го тактового импульса, это означает отрицательное подтверждение (Not Acknowledge, NACK). После этого master может генерировать либо STOP для обрыва транзакции, либо выдать повторный START, чтобы начать новую транзакцию.
Slave-адрес и бит направления. После START, отправляется адрес slave-устройства. Этот адрес состоит из 7 бит, за которым идет восьмой бит, значение которого указывает на направление транзакции со slave-устройством. Это так называемый бит направления данных (data direction bit, или его еще называют битом R/W). 0 в этом бите указывает на передачу (операция записи, WRITE), и 1 указывает запрос приема данных (операция чтения, READ).
Рис. 20. Полная транзакция данных.
Одиночное чтение и одиночная запись. Если адрес регистра не определен, то микросхема пошлет обратно NACK и вернется в состояние ожидания.
Рис. 21. Одиночная запись.
Рис. 22. Одиночное чтение.
Примечание: на рисунках 21 и 22 "Адрес I2C" это адрес микросхемы BQ25895 как подчиненного устройства (slave) на шине I2C (0x6A). Серым фоном показаны поля активности master, белым - slave. Цифры над полями обозначают количество бит. S обозначает сигнал START, P сигнал STOP, ACK положительное подтверждение, NACK отрицательное подтверждение.
Multi-Write и Multi-Read. Микросхема поддерживает операции множественной записи (multi-write) и множественного чтения (multi-read) регистров от REG00 до REG14, кроме REG0C.
Рис. 23. Multi-Write.
Рис. 24. Multi-Read.
Примечание: на рисунках 23 и 224 "Адрес I2C" это адрес микросхемы BQ25895 как подчиненного устройства (slave) на шине I2C (0x6A). Серым фоном показаны поля активности master, белым - slave. Цифры над полями обозначают количество бит. S обозначает сигнал START, P сигнал STOP, ACK положительное подтверждение, NACK отрицательное подтверждение.
REG0C это регистр ошибки (fault register). Он содержит информацию отказа с момента последнего чтения, пока хост не выдаст новую операцию чтения. Например, если произошла ошибка завершения счета таймера безопасности (Charge Safety Timer Expiration fault), но позже было восстановление, то регистр REG0C сообщит об отказе на первом чтении, но вернет нормальное состояние при втором чтении. Чтобы получить информацию об отказе в настоящее время, хост должен прочитать REG0C второй раз. Исключение составляет NTC_FAULT, который всегда сообщает об актуальном состоянии ножки TS. Кроме того, REG0C не поддерживает операцию multi-read и multi-write.
[Функциональные режимы BQ25895]
Host Mode и Default Mode. Микросхема BQ25895 представляет собой зарядное устройство, управляемое хостом (Host Mode), однако она может работать и автономно, без управления хоста (Default Mode). В Default Mode микросхема может использоваться как автономное устройство, когда хоста нет вообще, или когда хост находится в режиме сна. Когда микросхема находится в Default Mode, бит WATCHDOG_FAULT равен 1. Когда микросхема в Host Mode, бит WATCHDOG_FAULT равен 0.
После сброса по питанию (power-on-reset) микросхема начинает работать в Default Mode, с истекшим сторожевым таймером. Все регистры получают настройки по умолчанию.
В Default Mode микросхема поддерживает зарядку батареи с 12-часовым таймером безопасности и режимом быстрого заряда. По истечению 12 часов зарядка остановится, и buck-преобразователь продолжит работу, чтобы поддерживать питание системы. Любая команда записи в микросхему переведет её в Host Mode. В этом режиме все параметры могут быть запрограммированы хостом. Чтобы сохранять Host Mode, хост должен сбрасывать сторожевой таймер (watchdog timer) записью 1 в бит WD_RST до того, как произойдет истечение таймаута счетчика таймера (до установки бита WATCHDOG_FAULT), либо хост должен запретить сторожевой таймер сбросом бит WATCHDOG в состояние 00.
Когда задержка сторожевого таймера истекла (бит WATCHDOG_FAULT = 1), микросхема возвращается в режим по умолчанию (Default Mode), и все регистры сбрасываются в значения по умолчанию, кроме бит IINLIM, VINDPM, VINDPM_OS, BATFET_RST_EN, BATFET_DLY и BATFET_DIS.
Рис. 25. Диаграмма работы Watchdog Timer.
[Карта регистров BQ25895]
I2C Slave Address: 6AH (1101010B + R/W). Легенда доступа к битам: rw = Read/Write (чтение/запись) r = Read only (только чтение). В верхней белой строке приведен номер бита регистра, в синей строке имя поля, а в зеленой строке показаны значения бит по умолчанию (после сброса). В столбце "Тип" продублирован тип доступа к биту, в столбце "Сброс" показано, что влияет на сброс бита в состояние по умолчанию (REG_RST сброс по включению питания и команде сброса, Watchdog сторожевой таймер, Software программный сброс).
Input Current Limit Offset: напряжение на этом выводе задает предел (ограничение) входного тока. Смещение 100mA, диапазон от 100mA (000000) до 3.25A (111111). По умолчанию 500 мА (500mA). Реальный выбираемый предел - наименьший из любых источников установки - I2C или ножка ILIM. Биты IINLIM меняются автоматически после завершения определения типа подключенного внешнего источника питания. USB Host SDP с OTG=1 (USB500) = 500mA USB Host SDP с OTG=0 (USB100) = 500mA USB CDP = 1.5A USB DCP = 3.25A Adjustable High Voltage (MaxCharge) DCP = 1.5A Неизвестный адаптер = 500mA Нестандартный адаптер = 1A/2A/2.1A/2.4A
Boost Mode Hot Temperature Monitor Threshold, порог монитора перегрева режима повышения напряжения. 00: порог VBHOT1 (34.75%, по умолчанию). 01: порог VBHOT0 (типовое значение 37.75%). 10: порог VBHOT2 (типовое значение 31.25%). 11: запрет термозащиты для boost mode.
6
BHOT[0]
rw
REG_RST Watchdog
5
BCOLD
rw
REG_RST Watchdog
Boost Mode Cold Temperature Monitor Threshold, холодный порог монитора температуры режима повышения напряжения. 0: порог VBCOLD0 (типовое значение 77%, по умолчанию). 1: порог VBCOLD1 (типовое значение 80%).
4
VINDPM_OS[4]
rw
REG_RST
1600mV
Input Voltage Limit Offset, смещение предела входного напряжения. По умолчанию 600mV (00110). Диапазон от 0mV до 3100mV. Минимальный порог VINDPM зафиксирован на 3.9V, максимальный порог VINDPM зафиксирован на 15.3V. Когда VBUS в состоянии noLoad (без нагрузки) ≤ 6V, VINDPM_OS используется для вычисления порога VINDPM. Когда VBUS в состоянии noLoad (без нагрузки) > 6V, для вычисления порога VINDPM используется VINDPM_OS, умноженное на 2.
ADC Conversion Start Control, управление запуском преобразования АЦП. 0: преобразование АЦП не активно (по умолчанию). 1: запуск преобразования АЦП. Этот бит работает только на чтение, когда CONV_RATE=1. Этот бит остается в 1 во время процесса преобразования АЦП, и во время детектирования внешнего входного источника питания.
6
CONV_RATE
rw
REG_RST Watchdog
ADC Conversion Rate Selection, выбор режима работы преобразований АЦП. 0: однократное преобразование (по умолчанию). 1: запуск постоянно повторяющихся преобразований.
5
BOOST_FREQ
rw
REG_RST Watchdog
Boost Mode Frequency Selection, выбор частоты повышающего преобразователя. 0: 1.5 МГц. 1: 500 кГц (по умолчанию). Примечание: этот бит игнорируется, когда разрешен OTG_CONFIG.
4
ICO_EN
rw
REG_RST
Input Current Optimizer (ICO) Enable, разрешение оптимизатора входного тока. 0: запрет алгоритма ICO. 1: разрешение алгоритма ICO (по умолчанию).
3
HVDCP_EN
rw
REG_RST
High Voltage DCP Enable, разрешение работы протокола DCP при детектировании входного источника питания. 0: запрет HVDCP handshake. 1: разрешение HVDCP handshake (по умолчанию).
2
MAXC_EN
rw
REG_RST
MaxCharge Adapter Enable, разрешение детектирования адаптера MaxCharge. 0: запрет MaxCharge handshake. 1: разрешение MaxCharge handshake (по умолчанию)
1
FORCE_DPDM
rw
REG_RST Watchdog
Force D+/D- Detection, принудительный запуск детектирования D+/D-. 0: не в режиме детектирования D+/D- или PSEL (по умолчанию). 1: принудительное детектирование D+/D-.
0
AUTO_DPDM_EN
rw
REG_RST
Automatic D+/D- Detection Enable, разрешение автоматического детектирования D+/D-. 0: запрет детектирования D+/D- или PSEL, когда к VBUS подключен источник питания. 1: разрешение детектирования D+/D- или PSEL.
Current pulse control Enable, разрешение управления импульсом тока. 0: запрет Current pulse control (по умолчанию) 1: разрешение Current pulse control (PUMPX_UP и PUMPX_DN).
6
ICHG[6]
rw
Software Watchdog
4096mA
Fast Charge Current Limit Offset, смещение предела тока быстрой зарядки: 0mA. Диапазон от 0mA (0000000) до 5056mA (1001111). По умолчанию: 2048mA (0100000).
Примечание: ICHG=000000 (0mA) запрещает зарядку. ICHG > 1001111 (5056mA) фиксируется на значении регистра 1001111 (5056mA, больше сделать нельзя).
Charging Safety Timer Enable, разрешение таймера безопасности зарядки. 0: таймер безопасности запрещен. 1: таймер безопасности разрешен (по умолчанию).
2
CHG_TIMER[1]
rw
Software Watchdog
Fast Charge Timer Setting, настройка таймера быстрой зарядки. 00: 5 часов. 01: 8 часов. 10: 12 часов (по умолчанию). 11: 20 часов.
IR Compensation Resistor Setting, настройка компенсации сопротивления батареи току разряда, диапазон от 0 до 140 мОм. По умолчанию 0 мОм (000), т. е. запрет IRComp.
6
BAT_COMP[1]
rw
Software Watchdog
40 мОм
5
BAT_COMP[0]
rw
Software Watchdog
20 мОм
4
VCLAMP[2]
rw
Software Watchdog
128mV
IR Compensation Voltage Clamp, компенсация падения напряжения тока разряда, с фиксацией выше VREG (REG06[7:2]). Смещение 0mV, диапазон от 0mV (000) до 224mV (111), по умолчанию 0mV (000).
Force Start Input Current Optimizer (ICO), принудительный запуск оптимизатора входного тока. 0: не делать принудительный запуск ICO (по умолчанию). 1: запустить ICO. Примечание: этот бит может быть только установлен, и он сам всегда переходи в 0, когда запускается ICO.
6
TMR2X_EN
rw
Software Watchdog
Safety Timer Setting during DPM or Thermal Regulation, настройка таймера безопасности во время действия динамического управления питанием или терморегулирования. 0: таймер безопасности не замедляется в 2 раза при DPM или температурном регулировании. 1: счет таймера безопасности замедляется в 2 раза при DPM или температурном регулировании (по умолчанию).
5
BATFET_DIS
rw
Software
Force BATFET off to enable ship mode, выключить ключ батареи для транспортировки или хранения устройства. 0: транзистору BATFET позволено включиться (по умолчанию). 1: выключить BATFET.
4
зарезервировано
rw
зарезервировано (по умолчанию 0)
3
BATFET_DLY
rw
Software
BATFET turn off delay control, управление задержкой выключения транзистора батареи. 0: BATFET выключится немедленно при установке бита BATFET_DIS (по умолчанию). 1: BATFET выключится с задержкой tSM_DLY, когда был установлен бит BATFET_DIS.
2
BATFET_RST_EN
rw
Software
BATFET full system reset enable, разрешение полного сброса системы путем передергивания транзистора батареи. 0: запрет полного сброса системы путем выключения и повторного включения BATFET. 1: разрешение полного сброса системы путем выключения и повторного включения BATFET (по умолчанию).
1
PUMPX_UP
rw
Software Watchdog
Current pulse control voltage up enable, разрешение управления импульсом тока для повышения напряжения. 0: запрещено (по умолчанию). 1: разрешено. Примечание: бит PUMPX_UP может быть установлен только когда установлен бит EN_PUMPX, и бит PUMPX_UP вернется в 0 после завершения последовательности управления импульсом тока.
0
PUMPX_DN
rw
Software Watchdog
Current pulse control voltage down enable, разрешение управление импульсом тока для понижения напряжения. 0: запрещено (по умолчанию). 1: разрешено. Примечание: бит PUMPX_DN может быть установлен только когда установлен бит EN_PUMPX, и бит PUMPX_DN вернется в 0 после завершения управления импульсом тока.
Boost Mode Voltage Regulation Offset, смещение регулирования напряжения режима повышения напряжения 4.55V. Диапазон от 4.55V до 5.51V, по умолчанию 5.126V (1001).
Регистр статуса VBUS BQ25895. 000: No Input (входной источник питания не подключен). 001: USB Host SDP. 010: USB CDP (1.5A). 011: USB DCP (3.25A). 100: Adjustable High Voltage DCP (MaxCharge) (1.5A). 101: неизвестный адаптер (500mA). 110: нестандартный адаптер (1A/2A/2.1A/2.4A) 111: OTG. Примечание: программный предел тока сообщается в регистре IINLIM.
6
VBUS_STAT[1]
r
-
5
VBUS_STAT[0]
r
-
4
CHRG_STAT[1]
r
-
Статус зарядки. 00: зарядка не идет. 01: Pre-charge, предварительный заряд (< VBATLOWV). 10: Fast Charging, быстрая зарядка. 11: Charge Termination Done, зарядка завершена.
3
CHRG_STAT[0]
r
-
2
PG_STAT
r
-
Power Good Status, состояние корректности питания. 0: плохое питание. 1: хорошее питание.
1
SDP_STAT
r
-
USB Input Status, статус входа USB. 0: детектирован вход USB100 1: детектирован вход USB500. Примечание: этот бит всегда читается как 1, когда VBUS_STAT не равно 001.
0
VSYS_STAT
r
-
VSYS Regulation Status, статус регулирования напряжения питания системы. 0: регулировка не в VSYSMIN (BAT > VSYSMIN). 1: регулировка в VSYSMIN (BAT < VSYSMIN).
Watchdog Fault Status, статус ошибки сторожевого таймера. 0: нет ошибки. 1: истек таймаут сторожевого таймера.
6
BOOST_FAULT
r
-
Boost Mode Fault Status, статус ошибки режима повышения напряжения. 0: нет ошибки. 1: VBUS перегружена в OTG, или перенапряжение (OVP) VBUS OVP, или на батарее в Boost Mode слишком низкое напряжение.
5
CHRG_FAULT[1]
r
-
Charge Fault Status, статус ошибки зарядки. 00: нет ошибки. 01: ошибка по входу (VBUS > VACOV, или VBAT < VBUS < VVBUSMIN (типовое значение 3.8V). 10: thermal shutdown, выключение из-за выхода температуры за допустимые пределы. 11: истек таймаут таймера безопасности.
4
CHRG_FAULT[0]
r
-
3
BAT_FAULT
r
-
Battery Fault Status, статус отказа батареи. 0: нет ошибки. 1: BATOVP, перенапряжение на батарее (VBAT > VBATOVP).
2
NTC_FAULT[2]
r
-
NTC Fault Status Buck Mode, статус отказа NTC режима понижения напряжения: 000: нет ошибки. 001: TS Cold, термодатчик показывает переохлаждение. 010: TS Hot, термодатчик показывает перегрев.
Boost Mode, режим повышения напряжения: 000: нет ошибки. 101: TS Cold, переохлаждение. 110: TS Hot, перегрев.
VINDPM Threshold Setting Method, метод установки порога VINDPM. 0: Run Relative VINDPM Threshold, запуск относительного порога VINDPM (по умолчанию). 1: Run Absolute VINDPM Threshold, запуск абсолютного порога VINDPM.
6
VINDPM[6]
rw
Software
6400mV
Absolute VINDPM Threshold Offset, абсолютное смещение порога VINDPM 2.6V. Диапазон от 3.9V (0001101) до 15.3V (1111111). По умолчанию 4.4V (0010010). Примечание: минимальное значение фиксировано на 3.9V (0001101), меньше установить нельзя. Регистр считывается только когда FORCE_VINDPM=0, и может быть записан внутренним управлением на основе относительной установки порога VINDPM. Регистр можно читать/записывать, когда FORCE_VINDPM=1.
Thermal Regulation Status, статус температурного регулирования. 0: нормальное функционирование. 1: температурное регулирование, мощность понижена с целью уменьшения нагрева.
6
BATV[6]
r
-
1280mV
ADC conversion of Battery Voltage (VBAT), напряжение батареи, измеренное с помощью АЦП. Смещение 2.304V, диапазон от 2.304V (0000000) до 4.848V (1111111). По умолчанию 2.304V (0000000).
ADC conversion of System Voltage (VSYS), напряжение питания системы, измеренное с помощью АЦП. Смещение 2.304V, диапазон от 2.304V (0000000) до 4.848V (1111111). По умолчанию 2.304V (0000000).
ADC conversion of TS Voltage (TS), результат измерения напряжения на входе термодатчика, выраженное в процентном соотношении от уровня REGN. Смещение: 21%, диапазон от 21% (0000000) до 80% (1111111), по умолчанию 21% (0000000).
VBUS Good Status, состояние напряжения на VBUS. 0: к VBUS ничего не подключено. 1: к VBUS подключен внешний источник питания.
6
VBUSV[6]
r
-
6400mV
ADC conversion of VBUS voltage (VBUS), напряжение на VBUS, измеренное с помощью АЦП. Смещение 2.6V, диапазон от 2.6V (0000000) до 15.3V (1111111), по умолчанию 2.6V (0000000).
ADC conversion of Charge Current (IBAT), ток зарядки, измеренный с помощью АЦП, когда VBAT > VBATSHORT. Смещение 0mA, диапазон от 0mA (0000000) до 6350mA (1111111), значение по умолчанию 0mA (0000000). Примечание: этот регистр возвратит 0000000 для VBAT < VBATSHORT.
VINDPM Status, состояние VINDPM. 0: управление питанием по входу не действует. 1: VINDPM.
6
IDPM_STAT
r
-
IINDPM Status, состояние IINDPM. 0: не в IINDPM. 1: IINDPM.
5
IDPM_LIM[5]
r
-
1600mA
Ограничение входного тока действует при включенном оптимизаторе входного тока, Input Current Optimizer (ICO). Смещение 100mA (по умолчанию), диапазон от 100mA (0000000) до 3.25mA* (1111111).
4
IDPM_LIM[4]
r
-
800mA
3
IDPM_LIM[3]
r
-
400mA
2
IDPM_LIM[2]
r
-
200mA
1
IDPM_LIM[1]
r
-
100mA
0
IDPM_LIM[0]
r
-
50mA
Примечание *: возможно здесь вкралась ошибка (опечатка) в указанных значениях тока.
Register Reset, сброс регистров. 0: сохранять текущие установки регистров (по умолчанию). 1: сбросить значения регистров и сбросить таймер безопасности. Примечание: бит REG_RST сам сбросится в 0, когда сброс завершится.
6
ICO_OPTIMIZED
r
-
Input Current Optimizer (ICO) Status, состояние оптимизатора входного тока. 0: происходит оптимизация. 1: детектирован максимальный входной ток.
5
PN[2]
r
-
Конфигурация устройства. 111: bq25895
4
PN[1]
r
-
3
PN[0]
r
-
2
TS_PROFILE
r
-
Temperature Profile 0 – Cold/Hot (по умолчанию).
1
DEV_REV[1]
r
-
Device Revision, ревизия кристалла: 01.
0
DEV_REV[0]
r
-
[Информация по применению]
Типовое приложение состоит из микросхемы BQ25895, сконфигурированной как настраиваемое через I2C схема управления питанием и зарядное устройство для одной ячейки Li-Ion или Li-polymer батареи. Такой вариант использования широко применяется в смартфонах и других портативных переносных устройствах. В микросхеме BQ25895 интегрирован входной FET-транзистор блокировки обратного тока (RBFET, Q1), FET-транзистор верхнего плеча полумоста (HSFET, Q2) и FET-транзистор нижнего плеча полумоста (LSFET, Q3) преобразователя, а также транзистор BATFET (Q4), включенный между шиной системного питания и аккумуляторной батареей. В микросхеме также интегрирован диод накачки (bootstrap diode) для формирования напряжения управления затвором верхнего плеча полумоста.
Рис. 47. BQ25895 с интерфейсом D+/D- и выходом 2.4A Boost Mode.
Для этого примера дизайна используйте параметры из таблицы 29.
Таблица 29. Параметры дизайна.
Параметр
Значение
Диапазон входного напряжения (VBUS)
3.9V .. 14V
Предел входного тока
1.5A
Ток быстрой зарядки (Fast Charge)
5000mA
Выходное напряжение
4.352V
Системное напряжение, используемое для pull-up резисторов
По ссылке [5] в среде онлайн-инструментария WEBENCH® Power Designer создайте пользовательский проект на основе микросхемы BQ25895.
1. Введите необходимые параметры входного напряжения (VIN), выходного напряжения (VOUT) и выходного тока (IOUT). 2. Оптимизируйте дизайн для таких ключевых параметров, как эффективность, посадочное место, цена с помощью наборов оптимизатора. 3. Сравните получившийся дизайн с другими возможными решениями от Texas Instruments.
WEBENCH Power Designer предоставляет настроенную схему вместе со списком деталей, реальными ценами и доступностью компонентов на рынке.
В большинстве случаев доступны действия:
• Запуск электрических симуляций, чтобы увидеть важные диаграммы сигналов и оценить производительность схемы. • Запуск температурных симуляций, чтобы понять, насколько хорошо спроектирована печатная плата. • Экспорт настроенной схемы и разводки в популярные CAD-форматы. • Печать PDF-отчетов дизайна и обмен данных разработки с коллегами.
Дополнительную информацию по инструментарию WEBENCH см. по ссылке [2].
Выбор индуктивности. Преобразователь микросхемы работает на частоте 1.5 МГц, что позволяет использовать индуктивность и емкости с малыми значениями и малыми габаритами. Ток насыщения индуктивности должен быть выше, чем ток зарядки (ICHG), плюс половина тока пульсаций (IRIPPLE):
IBAT ≥ ICHG + (1/2) IRIPPLE (5)
Ток пульсаций индуктивности зависит от входного напряжения (VBUS), скважности (D = VBAT/VVBUS), частоты переключения (fs) и индуктивности (L):
VBUS x D x (1-D) IRIPPLE = ---------------------- (6) fs x L
Максимальный импульс тока индуктивности происходит при D = 0.5 или близко к этому значению. Обычно индуктивность подбирают так, чтобы пульсация тока через него была в диапазоне 20 .. 40% от максимального тока зарядки - как компромисс между размером индуктивности и эффективностью практического дизайна.
Входной конденсатор преобразователя. Входной конденсатор должен быть рассчитан на достаточный ток пульсаций, чтобы сглаживать пульсации напряжения, возникающие при переключении полумоста преобразователя. Самый тяжелый случай, когда ток пульсаций максимальный - если скважность переключения составляет 0.5. Среднеквадратическое значение тока (RMS) пульсаций IPMID, возникающее при скважности близкой к 0.5, можно оценить по формуле 7:
(7)
В качестве входного развязывающего конденсатора предпочтительнее выбирать керамические с низким ESR, такие как X7R или X5R, и она должны быть размещены на плате максимально близко к стоку верхнего плеча полусмоста MOSFET (HSFET Q2) и к истоку нижнего плеча (LSFET Q3). Напряжение, на которое рассчитан конденсатор, должно быть выше самого большого входного уровня напряжения, желательно выбрать конденсатор на 25V или больше при входном напряжении 14V. При токе зарядки 3 .. 5A рекомендуется выбрать конденсатор емкостью 8.2 мкФ.
Выходной конденсатор. Выходной конденсатор также должен быть рассчитан на достаточный ток пульсаций, чтобы сгладить пульсации. RMS тока пульсаций ICOUT, протекающего через выходной конденсатор, можно оценить по формуле:
(8)
Пульсации напряжения на выходном конденсаторе вычисляются следующим образом:
(9)
При определенном соотношении входного и выходного напряжения и частоте переключения пульсации можно снизить увеличением LC выходного фильтра. В блоке зарядки микросхеме имеется внутренний петлевой компенсатор. Чтобы получить хорошую стабильность его регулирования, рекомендуется применить индуктивность 1 мкГн и выходной конденсатор с емкостью минимум 20 мкФ. Предпочтительно использовать керамический конденсатор на напряжение 6V ил более высокое, типа X7R или X5R.
Рис. 58. Форма сигнала режима повышения напряжения (Boost Mode), VBAT = 3.8V, ILOAD = 1A.
Рис. 59. Изменение нагрузки режима повышения напряжения (Boost Mode), VBAT = 3.8V, ILOAD = 0A - 1A.
Рис. 60. Интерфейс BQ25895 с сигналами D+/D-, 3.1A Boost Mode Output, без подключения термистора.
Рекомендации по выбору источника питания. Чтобы предоставить выходное напряжение питания системы (SYS), микросхеме нужен внешний источник питания с напряжением в диапазоне 3.9V .. 14V и током как минимум 100 mA, подключенный к VBUS, либо Li-Ion батарея с одной ячейкой и напряжением > VBATUVLO, подключенная к BAT. Ток внешнего источника питания должен быть как минимум 3A, чтобы понижающий преобразователь блока зарядки мог выдать для SYS максимальную выходную мощность.
Рекомендации по разводке. Времена нарастания и спада напряжения в узле переключения должны быть минимизированы, чтобы снизить потери. Правильная разводка компонентов должна иметь минимальную длину петли высокочастотного тока (см. рис. 61), что важно для предотвращения излучения электрических и электромагнитных полей и проблем частотного резонанса.
Ниже приведен список приоритетов, которые важно соблюсти при разводке платы.
1. Разместите входной конденсатор максимально близко к ножкам PMID и GND, и используйте для этого трассы минимальной длины, либо заливку медью для GND. 2. Разместите входной контакт индуктивности максимально близко к ножке SW. Минимизируйте область меди этого проводника, чтобы снизить электрические по магнитные помехи, но сделайте проводник достаточно широким, чтобы он выдержал ток зарядки. Не используйте для этого соединения параллельные трассы в нескольких слоях. Минимизируйте паразитную емкость от этого проводника до других трасс или заливок меди. 3. Разместите входной конденсатор рядом с индуктивностью и микросхемой. Соединения земли для конденсатора и микросхемы должны быть минимальной длины, либо находиться на заливке медью GND. 4. Выполните разводку аналоговой земли отдельно от разводки земли питания (силовой земли). После того, как сделаете эти две отдельные разводки, соедините их в одной точке, используя мощную контактную площадку. Как вариант, в этом месте можно использовать в виде перемычки 0-омный резистор, соединяющий аналоговую землю с силовой землей. 5. Используйте одну точку соединения между силовой землей (charger power ground) и аналоговой землей (charger analog ground), прямо под микросхемой. Используйте заливку медью для земли, но обходите силовые выводы, чтобы снизить индуктивные и емкостные наводки помех. 6. Развязывающие конденсаторы должны быть размещены вблизи ножек микросхемы, и соединения до них должны быть минимальной длины. 7. Важный момент - теплоотводящая силовая площадка на донце корпуса микросхемы (exposed power pad) должна быть запаяна на массивную площадку меди печатной платы. Обеспечьте достаточное количество проводящих тепло переходных отверстий на обратную сторону печатной платы, размещенных прямо под микросхемой, которые соединяют заливки меди на других слоях. 8. Размер и количество переходных отверстий должен быть достаточен, чтобы обеспечить прохождение расчетного тока.
См. дизайн отладочной платы (EVM) для рекомендованного размещения компонентов, проводников и переходных отверстий. Для получения информации по VQFN см. документацию SCBA017 [3] и SLUA271 [4].
[Ссылки]
1. bq25895 I2C Controlled Single Cell 5-A Fast Charger with MaxChargeTM for High Input Voltage and Adjustable Voltage 3.1-A Boost Operation site:ti.com. 2. WEBENCH® Tools site:webench.ti.com. 3. SCBA017 Quad Flatpack No-Lead Logic Packages site:ti.com. 4. SLUA271 QFN and SON PCB Attachment site:ti.com. 5. WEBENCH Tools BQ25895.
