Le blog de l'entreprise TI BQ24250 Chargeur de batterie Li-Ion monocellulaire hautement intégré avec gestion de la voie d'alimentation

Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd. fournit le TI BQ24250, un chargeur de batterie lithium-ion monocellulaire hautement intégré avec fonctionnalité de gestion du chemin d'alimentation.

Le BQ24250 est un chargeur à découpage monocellulaire lithium-ion/lithium-polymère hautement intégré lancé par Texas Instruments (TI), conçu spécifiquement pour les appareils électroniques portables et miniaturisés. La puce intègre une architecture de charge synchrone, un système intelligent de gestion du chemin d'alimentation, un contrôle de charge à plusieurs étages et un ensemble complet de circuits de protection de sécurité. Il permet une charge sûre et efficace des batteries au lithium monocellulaires et une commutation de l'alimentation du système sans avoir besoin de circuits périphériques complexes supplémentaires. Il est parfaitement adapté aux appareils portables avec un espace limité et des exigences élevées en matière de stabilité de l'alimentation électrique, ce qui en fait la solution de gestion de charge principale pour les produits électroniques portables grand public.

I. Positionnement de base et avantages fondamentaux du BQ24250
Le BQ24250 fait partie de la série BQ2425x de circuits intégrés de gestion de charge dédiés. Doté d'une conception d'alimentation à entrée unique, il est compatible avec diverses entrées d'alimentation standard, notamment les ports USB et les adaptateurs secteur CA, et prend en charge un courant de charge maximum de 2 A, équilibrant l'efficacité de charge avec le contrôle de la consommation d'énergie. Par rapport aux solutions de charge discrètes traditionnelles, le principal avantage de la puce réside dans son haut niveau d'intégration et son architecture indépendante de gestion du chemin d'alimentation, qui résout complètement le problème des chargeurs traditionnels où « la batterie a la priorité sur la charge du système ». Dans le même temps, il simplifie la disposition des PCB, réduit les coûts de développement matériel et diminue la consommation électrique du dispositif fini.

Le BQ24250 fonctionne à une fréquence de commutation fixe de 1,5 MHz et peut être associé à des inductances ultra fines de 1,2 mm, répondant ainsi aux exigences de conception structurelle des appareils portables fins et légers. Il prend en charge une interface de communication I²C indépendante, permettant une configuration programmable des paramètres de charge et un rapport en temps réel de l'état de fonctionnement, satisfaisant ainsi les exigences précises de gestion de l'énergie des appareils intelligents. Il prend également en charge un mode de fonctionnement autonome, permettant un fonctionnement de base sans avoir recours à un contrôleur hôte, ce qui le rend adapté à une large gamme d'applications d'appareils simples et intelligents.

II. Fonctions matérielles clés et paramètres de base du BQ24250

2.1 Configuration flexible de la plage de courant d'entrée
Le BQ24250 prend en charge la commutation entre plusieurs plages de limites de courant d'entrée. Grâce à la configuration matérielle ou à la programmation I²C, il peut être réglé sur 100 mA, 500 mA, 900 mA, 1,5 A et 2 A. Il est entièrement compatible avec les entrées d'alimentation de différentes capacités, telles que USB 2.0, USB 3.0 et les adaptateurs standard, et s'adapte automatiquement à la sortie de la source d'alimentation pour éviter la surcharge d'entrée et l'instabilité de l'alimentation. Il prend également en charge les adaptateurs basse consommation, réduisant ainsi le coût des accessoires de l'appareil.

2.2 Architecture de charge Buck synchrone à haute efficacité
La puce utilise une topologie de charge Buck à commutation synchrone. Par rapport aux solutions de charge linéaire, cela réduit considérablement la dissipation de chaleur pendant la charge et améliore considérablement l'efficacité de conversion lors de la conversion d'une entrée haute tension en charge basse tension. Cela minimise efficacement l'augmentation de la température de l'appareil et améliore la stabilité globale du système. La tension de charge est précisément conforme à la norme pour les batteries lithium-ion monocellulaires, avec une précision de régulation de tension élevée, empêchant efficacement la surcharge et la sous-charge tout en garantissant la durée de vie de la batterie.

2.3 Fonctionnement à très faible consommation d'énergie
La puce intègre un mode veille à faible consommation ; Lorsque l'appareil n'est pas en charge ou sans charge, il entre automatiquement dans un état de veille à faible consommation. Avec une consommation d'énergie statique extrêmement faible, il réduit efficacement l'autodécharge de la batterie pendant les périodes d'inactivité, prolongeant ainsi la durée de vie de la batterie en veille de l'appareil. Cela le rend adapté aux appareils à faible consommation et à longue veille, tels que les appareils portables et les instruments de test portables.

III. Fonction principale du BQ24250 : gestion intelligente du chemin d'alimentation (architecture NVDC)
La gestion du chemin d'alimentation est la caractéristique la plus distinctive du BQ24250. Utilisant une architecture de contrôle CC à tension étroite (NVDC) et incorporant un circuit de gestion dynamique des chemins d'alimentation (DPPM), il commute intelligemment les chemins d'alimentation pour obtenir une répartition dynamique de l'énergie entre l'alimentation d'entrée, la batterie et la charge du système, optimisant ainsi complètement la logique d'alimentation des appareils portables.

3.1 Fonction de mise sous tension instantanée dans des conditions sans batterie ou profondément déchargées
Les puces de charge traditionnelles sont incapables d'alimenter la charge du système lorsque la batterie est profondément déchargée ou absente, empêchant ainsi le démarrage de l'appareil. En revanche, l'architecture du chemin d'alimentation du BQ24250 permet un démarrage instantané même en l'absence de batterie ou lorsque la batterie est profondément déchargée. Lors de la connexion à une source d'alimentation externe, l'alimentation d'entrée alimente directement la charge du système sans avoir recours à la batterie, ce qui améliore considérablement la flexibilité opérationnelle de l'appareil et le rend adapté à des scénarios tels que le débogage de l'appareil, l'utilisation d'urgence et le remplacement de la batterie.

3.2 Allocation dynamique de puissance et recharge de la batterie
La puce intègre des circuits intégrés de surveillance du courant et de la tension en temps réel qui surveillent en permanence la capacité de sortie de l'alimentation d'entrée et la consommation électrique de la charge du système. Lorsque la charge de pointe instantanée dépasse la capacité d'alimentation de l'alimentation d'entrée, le système de gestion du chemin d'alimentation déclenche automatiquement le mode de recharge de la batterie, grâce auquel la batterie fonctionne conjointement avec l'alimentation d'entrée pour alimenter le système. Cela garantit un fonctionnement stable de l'appareil à pleine charge et évite des problèmes tels que des redémarrages de l'appareil ou des pannes provoqués par des pics de consommation d'énergie instantanés.

À l’inverse, lorsque l’alimentation électrique d’entrée est suffisante, le système donne la priorité à l’alimentation provenant de la source externe, tout surplus d’énergie étant entièrement utilisé pour charger la batterie. Cela permet une alimentation et une charge simultanées, maximisant l'utilisation de la puissance d'entrée et améliorant à la fois l'efficacité de la charge et de l'alimentation électrique. Dans le même temps, ce mécanisme permet d'associer l'appareil à un adaptateur de moindre puissance, réduisant ainsi la taille globale et le coût des composants de l'appareil.

3.3 Protection de stabilisation de tension du système
La puce surveille la tension de sortie du système (broche SYS) en temps réel. Si un changement soudain de charge fait chuter la tension du système jusqu'au seuil minimum (VMINSYS), le circuit DPPM réduit automatiquement le courant de charge pour donner la priorité à l'alimentation électrique du système, stabilisant ainsi la tension de fonctionnement et empêchant les fluctuations de tension d'affecter le fonctionnement des composants de précision tels que le contrôleur principal et les capteurs de l'appareil, améliorant ainsi considérablement la stabilité opérationnelle.

IV. Processus de charge standard de la batterie lithium-ion en quatre étapes BQ24250
Le BQ24250 adhère strictement à la logique de charge standard pour les batteries lithium-ion monocellulaires, comprenant quatre étapes : charge d'entretien, précharge, charge rapide à courant constant et terminaison à tension constante. Grâce à un contrôle intelligent tout au long du processus, il s'adapte aux batteries dans différents états, y compris les cellules neuves, profondément déchargées et vieillies, établissant un équilibre entre vitesse de charge et sécurité de la batterie.

4.1 Étape de charge d’entretien
Pour les batteries à tension extrêmement basse ou celles qui ont été profondément déchargées, la puce lance une charge d'entretien à faible courant pour réactiver progressivement les cellules de la batterie et restaurer le matériau actif des batteries déchargées. Cela évite les problèmes tels que la surchauffe, le gonflement et les dommages causés par une charge directe à courant élevé, établissant ainsi une base sûre pour une charge rapide ultérieure.

4.2 Étape de précharge
Une fois que la tension de la batterie est revenue au seuil, la phase de précharge commence. Le courant de charge est progressivement augmenté pour stabiliser la tension et la résistance interne de la batterie, éliminer les fluctuations de tension des cellules, éviter les courants anormaux pendant la phase de charge rapide à courant constant et assurer une transition en douceur tout au long du processus de charge.

4.3 Phase de charge rapide à courant constant
Une fois que la tension de la batterie atteint la plage normale, le système entre dans la phase de charge à courant constant et à courant élevé. L'énergie est fournie en permanence au courant de charge maximum défini pour augmenter rapidement le niveau de charge de la batterie, réduisant considérablement le temps de charge global et répondant aux exigences de charge rapide des batteries lithium-ion haute capacité.

4.4 Phase de terminaison à tension constante
Lorsque la tension de la batterie approche du seuil de charge complète, le système passe en mode de charge à tension constante. Le courant de charge diminue progressivement à mesure que la batterie atteint la saturation ; lorsque le courant chute jusqu'au seuil de terminaison, la charge s'arrête automatiquement, éliminant complètement le risque de surcharge, complétant précisément la charge en boucle fermée et protégeant la durée de vie de la batterie.

V. Mécanisme de protection de sécurité complet BQ24250
Le BQ24250 intègre un ensemble complet de circuits de protection de sécurité au niveau matériel, éliminant ainsi le besoin de composants de protection auxiliaires externes. Il atténue complètement divers risques lors des processus de charge et d'alimentation électrique, améliorant ainsi la sécurité de l'appareil et de la batterie, et répondant aux normes de certification de sécurité pour les appareils portables. Les principales fonctions de protection comprennent :

- Protection contre les surtensions : Triple protection contre les surtensions d'entrée, les surtensions de batterie et les surtensions de sortie du système ; les circuits d'alimentation et de charge sont immédiatement déconnectés en cas de dépassement des limites ;
- Protection contre les surintensités : limitation du courant d'entrée, protection contre les surintensités de charge et les courts-circuits de charge pour empêcher les courants anormaux d'endommager la puce et les composants périphériques ;
- Protection contre la surchauffe : la surveillance intégrée de la température réduit automatiquement la puissance ou arrête la charge lorsque la température de jonction de la puce dépasse les limites, et reprend automatiquement le fonctionnement une fois que la température a baissé ;
- Protection contre les courts-circuits : protection contre les coupures de courant instantanées contre les courts-circuits dans la charge du système ou dans le port de la batterie, éliminant ainsi le risque d'incendie ou de dommages aux composants causés par des courts-circuits ;
- Protection contre le délai de charge : des mécanismes de détection de délai d'attente sont en place pour chaque étape de charge afin d'éviter une surcharge prolongée ou une « charge fantôme » provoquée par le blocage de la batterie dans un état anormal.

VI. Principaux scénarios d'application pour le BQ24250
Grâce à ses principaux avantages d'intégration élevée, de taille compacte, de stabilité élevée et de gestion intelligente de l'alimentation, le BQ24250 est largement utilisé dans divers produits électroniques minces et portables alimentés par des batteries au lithium monocellulaires. Les applications typiques incluent : les appareils portables intelligents (trackers de fitness, montres intelligentes), les testeurs portables, les étuis de chargement d'écouteurs Bluetooth sans fil, les petits appareils intelligents pour la maison, les appareils électroniques grand public portables et les appareils médicaux portables. Il s’agit de la puce de choix pour la gestion de la charge des appareils portables compacts et très stables.

VII. Résumé du BQ24250
En tant que circuit intégré de gestion de charge de batterie lithium-ion monocellulaire hautes performances, le TI BQ24250 présente la gestion intelligente du chemin d'alimentation NVDC comme point fort, résolvant les problèmes de l'industrie associés aux solutions de charge traditionnelles, tels que les conflits entre l'alimentation et la charge, la mauvaise stabilité de la charge et l'impossibilité de s'allumer sans batterie. En outre, tirant parti d'avantages tels qu'une conception matérielle hautement intégrée, une logique de charge de précision en quatre étapes, une protection de sécurité complète et une configuration de paramètres programmables, il équilibre la facilité de développement, la stabilité de l'appareil et la durée de vie de la batterie. Il est parfaitement adapté aux besoins d'alimentation et de charge de divers appareils électroniques portables légers et intelligents, offrant une valeur exceptionnelle pour les applications d'ingénierie.