BQ24610锂电池充电方案 PWM直流脉冲充电
锂离子电池的充电过程可以分为三个阶段：涓流充电（低压预充电）、恒流充电、恒压充电。
锂电池的充电方式是限压恒流，都是由IC芯片控制的，典型的充电方式是：先检测待充电电池的电压，如果电压低于3V，要先进行预充电，充电电流为设定电流的1/10，电压升到3V后，进入标准充电过程。
标准充电过程为： 以设定电流进行恒流充电，电池电压升到4.20V时，改为恒压充电，保持充电电压为 4.20V。此时，充电电流逐渐下降，当电流下降至设定充电电流的1/10时，充电结束
(充电终止电流)
当出现以下任一情况时，将启动新的充电循环并重置安全计时器：
•电池电压低于充电阈值。
•发生上电复位（POR）事件。
•CE已切换。
TTC引脚可能被调低以禁用终端和安全定时器。如果TTC被拉到VREF，bq2461x继续允许终止，但禁用安全计时器。TTC取低重置安全计时器。什么时候ACOV、VCCLOWV和休眠模式恢复正常，安全计时器复位。
3.5.6 VCC上电
bq2461x使用休眠比较器来确定VCC引脚上的电源，因为VCC可以由电池或适配器供电。如果VCC电压大于SRN电压，bq2461x启用ACFET并禁用BATFET。如果满足所有其他充电条件，bq2461x将尝试对电池充电（请参阅启用和禁用充电）。
如果SRN电压大于VCC，表明电池是电源，bq2461x启动BATFET并进入低静态电流（<15μa）休眠模式，以最大限度地减少电池的电流消耗。如果VCC低于UVLO阈值，则设备被禁用，ACFET关闭，BATFET打开。
3.5.7 启用和禁用充电
启用充电前，以下条件必须有效：
•CE高。
•设备未处于欠压锁定（UVLO）和VCCLOWV模式。
•设备未处于睡眠模式。
•VCC电压低于交流过电压阈值（VCC<V ACOV）。
•初始通电后30 ms延迟完成。
•REGN LDO和VREF LDO电压处于正确水平。
•热关机（TSHUT）无效。
•未检测到TS故障。
下列情况之一将停止持续充电：
•CE低。
•适配器已卸下，导致设备进入UVLO、VCCLOWV或睡眠模式。
•适配器电压过高。
•REGN或VREF LDO过载。
•t达到关闭IC温度阈值（上升沿145°C，滞后15°C）。
•TS电压超出范围，表明电池温度过高或过低。
•TTC安全计时器超时。
3.5.8 系统电源选择器
bq2461x自动将适配器或电池电源切换到系统负载。在开机或休眠模式下，电池默认连接到系统。电池与系统断开连接，然后适配器在退出休眠30毫秒后连接到系统。一个自动断开-关合逻辑可防止选择器切换时的击穿电流。
ACDRV用于驱动适配器和ACP之间的一对背靠背P沟道功率MOSFET，S极连接在一起并连接到VCC。连接到适配器上的FET防止电池在关闭时向适配器反向放电。与肖特基二极管相比，带有漏极连接到适配器输入端的P沟道FET在关闭时提供反向电池放电保护；同时，与肖特基二极管相比，它的低Rds（on） (MOS管导通电阻)也使系统功耗最小化。另一个连接到ACP的Pmos将电池与适配器分离，并通过控制FET开启时间在将适配器连接到系统时提供有限的dI/dt。BATDRV控制一个位于BAT和系统之间的P沟道功率MOSFET。
当没有检测到适配器时，ACDRV被拉到VCC以保持ACFET关闭，断开适配器与系统的连接。BATDRV保持ACN-6V电压，将电池连接至系统。
在设备从休眠模式出来大约30毫秒后，系统开始从电池切换到适配器。先断后合逻辑使ACFET和BATFET在ACFET开启前关闭10µs。这防止了射电电流或任何大放电电流进入电池。BATDRV被拉至ACN，ACDRV引脚由内部调节器设置为VCC-6V，以打开P通道ACFET，将适配器连接到系统。
卸下适配器后，系统将等待VCC降至SRN以上200 mV以内，然后从适配器切换回电池。先断后合逻辑仍保持10μs的死区时间。ACDRV被拉至VCC，BATDRV引脚由内部调节器设置为ACN-6V，以打开P通道BATFET，将电池连接至系统。
用于ACDRV和BATDRV驱动器的非对称栅极驱动（快速关断和慢导通）提供ACFET和BATFET的快速关断和慢导通，以帮助实现先断后合逻辑，并允许在任一FET接通时软启动。通过在P沟道功率mosfet的栅极到源端放置电容器，可以进一步提高软启动时间。
3.5.9 自动内部软启动充电器电流
每次充电器快速充电时，充电器都会自动软启动充电器调节电流，以确保输出电容器或电源转换器没有过冲或应力。软启动包括将充电调节电流分为八个等分步骤，直到编程的充电电流。每个步骤持续约1.6毫秒，典型上升时间为12.8毫秒。此功能不需要外部组件。
3.5.10 变频器操作
同步buck-PWM变换器采用固定频率电压模式和前馈控制方案。III型补偿网络允许在转换器的输出端使用陶瓷电容器。补偿输入级内部连接在反馈输出（FBO）和误差放大器输入（EAI）之间。反馈补偿级连接在误差放大器输入（EAI）和误差放大器输出之间
（EAO）。选择LC输出滤波器，使bq2461x的谐振频率为12 kHz至17 kHz，其中谐振频率f o由以下公式给出：
将内部锯齿形斜坡与内部EAO错误控制信号进行比较，以改变转换器的占空比。斜坡高度为输入适配器电压的7%，使其始终与输入适配器电压成正比。这消除了由于输入电压变化而引起的任何环路增益变化，并简化了环路补偿。当占空比小于300%时，允许斜坡信号的占空比为300%。EAO信号也允许超过锯齿波斜坡信号，以获得100%的占空比PWM请求。内部门驱动逻辑允许实现99.5%的占空比，同时确保N通道上部设备始终有足够的电压保持完全开启。如果BTST引脚到PH引脚的电压下降到4.2 V以下超过3个周期，则高侧N沟道功率MOSFET关闭，低侧N沟道功率MOSFET被打开，以拉低PH节点电位并对BTST电容器充电。然后，高压侧驱动器返回到100%占空比(通电时间占比)运行，直到检测到（BTST-PH）电压再次下降，因为泄漏电流使BTST电容器放电低于4.2V，然后重新发出复位脉冲。固定频率振荡器在输入电压、电池电压、充电电流和温度的所有条件下都能严格控制开关频率，简化了输出滤波器的设计，并使其远离可听见的噪声区域。另请参阅应用和实施，了解如何选择电感器、电容器和MOSFET。
3.5.11 同步和非同步运行
当SRP-SRN电压高于5 mV（10 mΩ感应电阻器的电感电流为0.5 A）时，充电器以同步模式工作。在同步模式下，内部门驱动逻辑确保在进行互补切换之前有断路，以防止击穿电流。在两个fet都关闭的30ns死区时间内，低侧功率MOSFET的体二极管传导电感电流。有低边场效应晶体管打开保持低功耗，并允许在高电流安全充电。在同步模式下，电感器电流始终流动，转换器以连续导通模式（CCM）运行，
创建固定的两极系统。
当SRP-SRN电压低于5 mV（10 mΩ感应电阻器的电感电流为0.5 A）时，充电器以非同步模式工作。当电池电压低于2 V或SRP-SRN平均电压低于1.25 mV时，充电器被迫进入非同步模式。
在非同步工作时，下侧MOSFET的体二极管可以在高侧N沟道功率MOSFET关断后导通正电感电流。当负载电流降低，电感器电流降到零时，体二极管关闭，电感器电流不连续。这种模式称为不连续传导模式（DCM）。在DCM过程中，当自举电容电压下降到4.2V以下时，低侧N沟道功率MOSFET打开约80ns；然后低压侧功率MOSFET关闭并保持关闭状态，直到下一个循环开始，此时高压侧功率MOSFET再次打开。80纳秒的低侧MOSFET通电时间要求，以确保引导电容始终充电，并能够保持高侧功率MOSFET在下一个循环中接通。这对电池充电器很重要，不像普通的DC-DC转换器，有一个电池负载可以维持电压，并且可以产生和吸收电流。80ns的低压侧脉冲拉低PH节点（高、低压侧MOSFET之间的连接），允许自举电容器重新充电到REGN LDO值。80ns后，低侧MOSFET保持关闭，以防止出现负电感电流。
在非同步运行期间的极低电流下，80ns充电脉冲期间可能会有少量的负电感电流。电荷应足够低，以被输入电容吸收。每当转换器进入0%的占空比时，高侧MOSFET不导通，低侧MOSFET也不导通（只有80ns充电脉冲），电池几乎没有放电。
在DCM模式下，回路响应会自动改变，并且有一个极点与负载电流成比例的单极系统，因为转换器不吸收电流，只有负载提供电流汇。这意味着在非常低的电流下，回路响应较慢，因为可以释放输出电压的陷波电流较少。
3.5.12 循环充电欠电流保护
如果SRP-SRN电压降低到5 mV以下（当平均SRP-SRN电压低于1.25 mV时，充电器也被迫进入非同步模式），则在剩余的开关周期内关闭低压侧FET，以防止出现负电感电流。在DCM过程中，当自举电容电压降到4.2v以下时，低侧FET只开启约80ns，为自举电容提供刷新电荷。这对于防止负电感器电流引起输入电压升高的升压效应非常重要，因为电源从电池传输到输入电容器，导致VCC节点上的过电压应力，并可能导致系统损坏。
3.5.13 输入过压保护（ACOV）
ACOV提供保护，防止高输入电压导致系统损坏。一旦适配器电压达到ACOV阈值，充电将被禁用，系统将切换到电池而不是适配器。
3.5.14 输入欠压锁定(UVLO)
系统必须具有最小VCC电压，以允许正常工作。此VCC电压可能来自输入适配器或电池，因为存在从电池到VCC的传导路径，通过高压侧NMOS主体二极管。当VCC低于UVLO阈值时，IC上的所有电路都被禁用，ACFET和BATFET的栅极驱动偏置也被禁用。
3.5.15 电池过电压保护
转换器不允许高侧场效应晶体管打开，直到电池电压低于102%的调节电压。这允许对过电压条件作出一个周期的响应，例如在卸下负载或断开蓄电池时发生的情况。从SRP到GND的8毫安电流接收器仅在充电期间打开，并允许将存储的输出电感器能量放电到输出电容器。BATOVP还暂停了安全计时器。
3.5.16 循环充电过电流保护
充电器具有二次循环对循环过电流保护。它监控充电电流，防止电流超过编程充电电流的160%。当检测到过电流时，高压侧栅极驱动关闭，当电流降至过电流阈值以下时自动恢复驱动。
3.5.17 热关断保护
QFN封装具有低的热阻抗，从硅到环境提供良好的热传导，以保持结温低。作为附加保护级别，每当结温超过145°C的TSHUT阈值时，充电器转换器关闭并自我保护。充电器保持关闭状态，直到结温降至130°C以下；然后，如果所有其他启用充电条件都有效，充电器将再次软启动。热关机也会暂停安全计时器。
3.5.18 温度限定条件
控制器通过测量TS引脚和GND之间的电压来持续监测电池温度。负温度系数热敏电阻（NTC）和外部分压器通常产生这种电压。控制器将该电压与其内部阈值进行比较，以确定是否允许充电。要启动充电循环，电池温度必须在V LTF至V HTF阈值范围内。如果电池温度超出此范围，控制器将暂停充电和安全计时器，并等待电池温度在V LTF到V HTF范围内。在充电周期内，电池温度必须在V LTF到V TCO阈值范围内。如果电池温度超出该范围，控制器将暂停充电并等待，直到电池温度在V LTF至V HTF范围内。控制器通过关闭PWM充电fet来暂停充电。图14总结了该操作。
假设电池组上有一个103AT的NTC热敏电阻，如图19所示，可使用以下公式确定值RT1和RT2：
例如，103AT NTC热敏电阻用于监测电池组温度。选择T冷=0ºC，T截止=45ºC；则R T2=430 kΩ，R T1=9.31 kΩ。建议使用小型RC滤波器进行系统级ESD保护。
3.5.19 计时器故障恢复
bq2461x提供了一种恢复方法来处理定时器故障情况。下文对此进行了总结
方法：
情况1：蓄电池电压高于充电阈值，出现超时故障。恢复方法：当电池电压低于充电阈值时，定时器故障清除，电池检测开始。采用CE低或POR条件也可以清除故障。
情况2：蓄电池电压低于充电阈值，出现超时故障。恢复方法：在这种情况下，bq2461x对电池施加I故障电流。此小电流用于检测蓄电池拆卸情况，只要蓄电池电压保持在充电阈值以下，该电流就会保持接通。如果电池电压高于充电阈值，bq2461x将禁用故障电流并执行条件1中所述的恢复方法。采用CE低或POR条件也可以清除故障。
3.5.20 CE（充电使能）
开路漏极PG（功率良好）输出指示VCC电压是否有效。当bq2461x有一个有效的VCC输入（不在UVLO、ACOV或睡眠模式下）时，开路漏极FET就会打开。PGpin可用于驱动LED或与主机处理器通信。
3.5.21 充电状态
CE数字输入用于禁用或启用充电过程。如果满足所有其他充电条件，此引脚上的高电平信号将启用充电（请参阅启用和禁用充电）。此引脚上的高到低转换也会重置所有计时器和故障条件。CE引脚上有一个内部1 MΩ下拉电阻器，因此如果CE浮动，充电不会开启。
3.5.22 电池检测输出
开路漏极STAT1和STAT2输出指示各种充电器操作，如表2所示。这些状态引脚可用于驱动LED或与主机处理器通信。关表示开漏晶体管关断。
PCB设计
官方建议
开关节点的上升和下降时间应最小化，以使开关损耗最小。部件的合理布局以尽量减少高频电流路径回路（见图23）对于防止电磁场辐射和高频共振问题非常重要。下面是一个正确布局的PCB布局优先级列表。根据这个特定的顺序来布置PCB是必要的。
1将输入电容器尽可能靠近开关MOSFET电源和接地连接，并使用尽可能短的铜迹线连接。这些零件应该放在PCB的同一层上，而不是放在不同的层上，并使用通孔进行连接。
2集成电路应放置在靠近开关MOSFET栅极端子的地方，以保持栅极驱动信号的轨迹较短，以便进行干净的MOSFET驱动。集成电路可以放置在开关MOSFET的PCB层的背面。
3将电感器输入端尽可能靠近开关MOSFET输出端。尽可能减小该轨迹的铜面积，以降低电场和磁场辐射，但应使该轨迹足够宽以承载充电电流。请勿将多层并行用于此连接。最小化从这个区域到任何其他轨迹或平面的寄生电容。
4电流采样电阻应该放在电感输出的旁边。将穿过采样电阻的感测引线布线回同一层中的IC，彼此靠近（尽量减少回路面积），不要将感测引线穿过高电流路径（有关最佳电流精度的开尔文连接，请参见图24）。将去耦电容器放在IC旁边。
5将输出电容器放在感应电阻输出和接地旁边。
6在连接到系统接地之前，输出电容器必须与连接到输入电容共地。
7将模拟地(AGND)与电源地(GND)分开布线，并使用一个接地连接将GND连接到AGND。就在集成电路下面，使用铺铜模拟接地，但要避免电源引脚，以减少感应和电容噪声耦合。将AGND连接到GND。使用热垫作为单个接地连接点，将AGND和GND连接在一起。或者使用一个0Ω的电阻将AGND连接到GND（在这种情况下，热垫应连接到AGND）。强烈建议在热垫下使用星形连接。
8将IC封装背面裸露的热焊盘焊接到PCB地上，这是至关重要的。确保IC正下方有足够的热通孔，连接到其他层的接地层。
9将去耦电容器放在IC引脚旁边，并使跟踪连接尽可能短。
10所有过孔的大小和数量必须足以满足给定的当前路径
PCB一般要求
除此之外还要注意电流与线宽、铜厚之间的关系
差分线:
尽量减少高频电流路径回路
bq2461x设备是一个独立的集成锂离子或锂聚合物电池充电器。该装置采用开关频率恒定的开关模式同步降压PWM控制器。该设备控制外部开关，以防止电池放电回输入，连接适配器到系统，并使用6伏栅极驱动器将电池连接到系统，以提高系统效率。bq2461x的特点是动态电源管理(DPM)，当达到输入功率限制时降低电池充电电流，以避免在同时向系统和电池充电器供电时AC适配器过载。一个高度精确的电流感应放大器可以精确测量来自交流适配器的输入电流，以监测整个系统的功率。输入电流限制可通过设备的ACSET引脚配置。bq2461x有一个电池检测方案，允许它自动检测电池的存在和缺少。当电池被检测到时，充电开始于三个阶段之一(取决于电池电压):预充电、恒流(快速充电电流调节)和恒压(快速充电电压调节)。当达到终止电流阈值时，设备将终止充电。当电池电压降至充电阈值(V RECHG)以下时，开始一个充电周期。可通过ISET1和ISET2引脚配置预充电、恒流和终止电流，使电池充电配置更加灵活。在充电过程中，设备集成了电池过压保护、电池短路检测(V BATSHT)、热关机(内部T SHUT和TS引脚)、安全定时器过期(TTC引脚)、输入电压保护(V ACOV)等故障监控，确保电池安全。bq2461x有三个状态引脚(STAT1, STAT2, PG)来指示充电状态和输入电压(AC适配器)状态。这些引脚可以用来驱动led或与主机处理器通信。
上图额定参数:
为使bq2461x正常工作，VCC必须为5 V至28 V（bq24610）或24 V（bq24617）。要开始充电，VCC必须高于SRN至少500毫伏（否则，设备将处于休眠模式）。TI建议输入电压至少比电池电压高1.5 V到2 V，考虑到高侧FET（Rdson）、电感器（DCR）和输入感测电阻（ACP和ACN之间）的直流损耗、VCC和输入电源之间的RBFET体二极管压降以及电池感应电阻（SRP和SRN之间）。输入电源的功率限制必须大于系统负载或电池充电所需的最大功率（两者中的较大者）。
