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一種高精度的BQ25980輸入電流的檢測(cè)方法

星星科技指導(dǎo)員 ? 來源:TI ? 作者:Paul Li ? 2023-03-17 09:19 ? 次閱讀

近年來,隨著智能手機(jī)、平板電腦消費(fèi)電子終端對(duì)電池電量需求的不斷增長(zhǎng),消費(fèi)者對(duì)電子產(chǎn)品充電速度、充電體驗(yàn)的需求也在不斷提高。針對(duì)大容量鋰電池的高效率、高功率充電應(yīng)用,TI推出了以BQ25980為代表的開關(guān)電容架構(gòu)快速充電芯片,可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)98.6%效率的快速充電方案,為消費(fèi)者帶來快速穩(wěn)定、高效易用的充電體驗(yàn)。

在BQ25980的實(shí)際應(yīng)用中,如圖一所示,通常需要搭配使用傳統(tǒng)的電感型充電芯片(如BQ2579x系列),組成主、副配合的快速充電系統(tǒng)。其中,作為主充電芯片的BQ2579x負(fù)責(zé)完成充電協(xié)議的基本檢測(cè)、電池的預(yù)充電、涓流充電與截止充電等階段,并結(jié)合電源路徑管理功能為系統(tǒng)負(fù)載提供穩(wěn)定的供電;而作為副充芯片的BQ25980負(fù)責(zé)在電池的恒流充電、恒壓充電等階段實(shí)現(xiàn)高效率、大功率的快速充電。

poYBAGQTwAuANQ0EAABG8nT0ElM864.png

圖1. BQ25980的典型應(yīng)用方案

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)快充系統(tǒng)和芯片運(yùn)行的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與可靠保護(hù),BQ25980芯片中集成有高達(dá)16位的模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)電路,可以用來實(shí)時(shí)讀取充電芯片的工作電壓、電流、芯片結(jié)溫及電芯溫度等重要參數(shù)。其中,關(guān)于工作電流的采樣測(cè)量,由于采樣電路原理的不同,BQ25980針對(duì)充電輸出電流(IBAT)的測(cè)量精度與母線輸入電流(IBUS)的測(cè)量精度存在一定的差異;具體的如下表所示:

Parameter Test Condition Min Max
IBUS_ADC ADC Measurement Accuracy 3A -6% 6%
IBUS_ADC ADC Measurement Accuracy 4A -6% 6%
IBAT_ADC ADC Measurement Accuracy 6A -2% 2%
IBAT_ADC ADC Measurement Accuracy 8A -2% 2%

可見,就BQ25980的電流檢測(cè)功能而言,IBAT_ADC比IBUS_ADC具有更高的采樣測(cè)量精度。進(jìn)一步地,考慮到在實(shí)際的充電系統(tǒng)中,針對(duì)電池充電電流的精確測(cè)量與監(jiān)控保護(hù)通常由高性能的電量計(jì)芯片(如BQ28Z610)來負(fù)責(zé),不需要依靠充電芯片的IBAT_ADC來實(shí)現(xiàn);因此,在特定的應(yīng)用中,我們可以巧妙地利用IBAT_ADC及其采樣電路的相關(guān)資源來進(jìn)行BQ25980的母線輸入電流IBUS的采樣與測(cè)量,從而顯著地提高BQ25980輸入電流的檢測(cè)精度;同時(shí),由于開關(guān)電容拓?fù)浞€(wěn)定工作時(shí),輸入端的電流僅為輸出端的一半左右,將電流采樣電阻轉(zhuǎn)移到輸入端還可以在一定程度上降低電阻的熱損耗。具體的應(yīng)用方法如圖2所示。

pYYBAGQTwAuAO-1EAAAn8POYdeo041.png

圖2. 高精度的BQ25980輸入電流檢測(cè)方案

如圖,為了使用IBAT的采樣電路(低邊采樣)測(cè)量BQ25980的母線輸入電流,需要將高精度的電流采樣電阻Rsense 串聯(lián)(2m?或5m?)至BQ25980的輸入端低邊側(cè),并將Rsense電阻兩端分別連接至芯片的SRP和SRN引腳(分別為電流傳感采樣的正負(fù)輸入引腳)。其中,采樣電阻Rsense選用2m?時(shí),使用IBAT_ADC讀取電流的分辨率可以達(dá)LSB=1mA。

完成硬件連接后,可通過I2C指令讀寫B(tài)Q25980的寄存器;正確配置和使能芯片的ADC功能后,即可通過讀取0x31h寄存器獲得IBAT_ADC的取值,得到BQ25980的母線輸入電流。

IBUS_ADC (0x25h)
Bit Field Type Reset Description
15~0 IBUS_ADC_15:0 R 0h IBUS ADC reading
Range: 0mA-9000mA
Fixed Offset: 0mA
Bit Step Size: 1.07mA
IBAT_ADC0 (0x31h)
Bit Field Type Reset Description
15~0 BAT_ADC_15:0 R 0h IBAT ADC reading
Range: 0mA-12000mA
Fixed Offset: 0mA
Bit Step Size: 1mA

進(jìn)一步地,可以基于BQ25980的EVM板對(duì)該電流檢測(cè)方法進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。具體的測(cè)試方案如圖3所示。

poYBAGQTwAyAEg5sAAA9jyP4UuQ032.png

圖3. BQ25980輸入電流檢測(cè)方案驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

基于BQ25980的EVM板,將電流采樣電阻及其傳感電路置換至輸入側(cè);使用直流程控電源作為輸入電源,并在輸入回路中串聯(lián)高精度的萬用表測(cè)量輸入電流。通過EV2400接口板將BQ25980的EVM板連接至電腦,進(jìn)而使用上位機(jī)軟件bqStudio實(shí)現(xiàn)對(duì)BQ25980的寄存器讀寫與監(jiān)控。

系統(tǒng)上電后,參考文檔“BQ25980EVM (BMS040) Evaluation Module User Guide”的說明將BQ25980配置為開關(guān)電容型充電模式后,逐漸調(diào)整程控電源的直流電壓,觀察記錄萬用表上測(cè)量得到的輸入電流讀數(shù);同時(shí),使能BQ25980的ADC功能,觀察0x25h寄存器(IBUS_ADC)和0x31h寄存器(IBAT_ADC)的取值及其對(duì)應(yīng)電流值讀數(shù)的變化;實(shí)驗(yàn)重復(fù)共計(jì)三次,取平均值并整理記錄如下表所示。其中,I_IN為萬用表測(cè)得的電流讀數(shù),I_Read1為IBUS_ADC測(cè)得的電流讀數(shù),I_Read2為IBAT_ADC測(cè)得的電流讀數(shù);Error1和Error2分別為I_Read1和I_Read2偏離I_IN值的相對(duì)誤差。

I_IN (A) I_Read1 (A) Error1 (%) I_Read2 (A) Error2 (%)
0.508 0.514 1.18 0.512 0.79
0.754 0.769 1.99 0.763 1.19
1.003 1.024 2.09 1.016 1.30
1.254 1.281 2.15 1.269 1.20
1.501 1.534 2.20 1.522 1.40
1.749 1.791 2.40 1.775 1.49
2.008 2.058 2.49 2.028 1.00
2.250 2.307 2.53 2.281 1.38
2.500 2.566 2.64 2.534 1.36
2.750 2.825 2.73 2.786 1.31
3.002 3.086 2.80 3.038 1.20
3.249 3.343 2.89 3.288 1.20
3.504 3.606 2.91 3.539 1.00
3.750 3.864 3.04 3.789 1.04
4.007 4.132 3.12 4.039 0.80

可見,盡管使用IBUS_ADC和IBAT_ADC均能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)BQ25980輸入電流的采集與測(cè)量,但兩種方法的測(cè)量精度存在一定程度的差異。下圖提供了兩種方法測(cè)量誤差的進(jìn)一步對(duì)比。

pYYBAGQTwA2AEKrKAABFq39vkmM685.png

圖4. BQ25980輸入電流檢測(cè)誤差對(duì)比圖

觀察上圖可以看出,針對(duì)BQ25980的輸入電流檢測(cè),在0.5A~4A的測(cè)試范圍內(nèi),本文提出的IBAT_ADC檢測(cè)方法的誤差表現(xiàn)優(yōu)于IBUS_ADC測(cè)量方法。具體的,就本實(shí)驗(yàn)而言,采用IBAT_ADC方法的測(cè)量誤差可以基本控制在1.5%以內(nèi);而采用IBUS_ADC直接測(cè)量輸入電流的誤差僅能控制在3.5%以內(nèi)。

綜上所述,本文提出的基于IBAT_ADC的BQ25980輸入電流的檢測(cè)方法可以顯著改善芯片輸入電流的檢測(cè)精度,為系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用提供方便。

審核編輯:郭婷

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