1. BQ25601簡介

 

BQ25601shiyikuangaoxiaolvdedandianchijiangyashichongdianguanlixinpian，qijuyoulujingguanligongneng，keyishixianshuruhexitongduanyijidianchicedechongfangdianguanli。gaixinpiankeyizhichidao3A的充電電流


，最小可以支持到60mA，被(bei)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)在(zai)手(shou)機(ji)，可(ke)穿(chuan)戴(dai)等(deng)產(chan)品(pin)中(zhong)。手(shou)冊(ce)中(zhong)給(gei)出(chu)了(le)典(dian)型(xing)的(de)應(ying)用(yong)電(dian)路(lu)以(yi)及(ji)相(xiang)應(ying)的(de)設(she)計(ji)案(an)例(li)，這(zhe)裏(li)就(jiu)不(bu)再(zai)贅(zhui)述(shu)了(le)。因(yin)為(wei)該(gai)芯(xin)片(pian)應(ying)用(yong)非(fei)常(chang)廣(guang)泛(fan)，所(suo)以(yi)本(ben)文(wen)主(zhu)要(yao)針(zhen)對(dui)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)過(guo)程(cheng)中(zhong)碰(peng)到(dao)的(de)問(wen)題(ti)進(jin)行(xing)分(fen)析(xi)總(zong)結(jie)。

 

2. BQ25601錯誤中斷上報機製說明

 

在實際係統應用中，我們經常需用通過讀取芯片的狀態寄存器或是在硬件上檢查INTguanjiaodezhuangtailaipanduanxinpiangongzuozhongshifouyoupengdaoyichang
，nameduiyuxinpiandecuowushangbaojizhiyijizhongduanfachujizhidelijiejiuhenzhongyao
，youzhuyushijidetiaoshi。genjushoucezhongmiaoshuruxia，dangchuxianguzhangshi，BQ25601會發出INT信號給到host, 並將對應的狀態寄存器REG09中的對應bit置位。INT信號會被拉低256us, 然後再恢複。

 

Fig 1 手冊中關於發生fault時INT和狀態寄存器的描述 (1)

 

而實際使用過程中

，有時候會碰到同時出現多個錯誤，

 

a. 第一個錯誤出現時，INT信號被拉低，如果在拉低的過程中
，又出現了第二個錯誤
，此時INT信號不會繼續延展，隻會看到一個256us的INT拉低的指示。

 

b. 第一個錯誤出現時
，INT信號被拉低。在256us內第一個故障消失，而第二個故障出現。此時INT信號依然不會延展，還是隻會看到一個256us INT拉低的指示。

 

所以實際使用過程中
，如果隻看到一個INT信號拉低的指示，並不代表實際隻有一個fault出現
，還是需要通過狀態寄存器去讀取實際出現的問題
，INT信號隻會在所有故障或是DPM狀態被清除後，才會再次起作用。 而(er)對(dui)於(yu)狀(zhuang)態(tai)寄(ji)存(cun)器(qi)的(de)讀(du)取(qu)來(lai)說(shuo)，手(shou)冊(ce)中(zhong)有(you)相(xiang)關(guan)描(miao)述(shu)，需(xu)要(yao)注(zhu)意(yi)的(de)是(shi)，該(gai)寄(ji)存(cun)器(qi)是(shi)讀(du)清(qing)
，所(suo)以(yi)如(ru)果(guo)需(xu)要(yao)判(pan)斷(duan)當(dang)前(qian)芯(xin)片(pian)是(shi)否(fou)有(you)故(gu)障(zhang)存(cun)在(zai)，需(xu)要(yao)讀(du)兩(liang)次(ci)REG09
，第一次是用來清之前的fault, 第二次才能判斷當前是否有fault存在。

 

3. BQ25601弱充問題

 

zaikechuandaidengyingyongchangjingzhong，zhuruzhinengshoubiaodeng
，chongdianshitongguochudiandengfangshijiangchongdianzuohechongdianjiekouxianglian。zaishijizhongjiekouchujingchanghuicunzaijiechubulianghuozheyouwuzidechangjing，zheyangjiuhuidaozhichongdianqiduandeshijishuchunenglixiajiang。yushikehuzaichanpinzhongjiarulegaichangjingdemoniceshi：將輸入電源的輸出限流點設定在一個較小的值
，要求在該場景下電池還是能夠繼續充電，否則就會影響客戶的使用體驗。

 

這邊將輸入電源Vbus設置為5V/100mA ( 100mA為輸出限流點，相比於實際場景應該已經足夠小) 。受電設備設置預充電流為0.18A, 快充電流為0.78A。Fig2 是用TI的GUI軟件讀取的此時的充電芯片的配置。同時
，充電芯片的係統側會消耗70mA左右的電流。

 

Fig2   BQ25601在某可穿戴項目中配置

 (VINDPM=4.4V, Ipre-charge=60mA, Icharge=780mA, Isys=~70mA)

 

在實際測試中發現，當電池電壓較低時，會出現停充
，即電池電壓始終無法持續充高。從波形上看，Vbusyoujiaodadieluo，daozhixinpianbugongzuo，erxitongduancishiyinweixuyaogongdianhaibuduanzaixiaohaodianliu
，suoyidianchidianyashizhongkazaimouyidian，erwufachongdiandaogenggaodianya，zheshibukejieshoude。zhengchanglaishuo，youyuVINDPM的存在，即使後端負載過大
，Vbus電流能力不足，那麼Vbus電壓應該也會被鉗位在VINDPM而不會跌落到工作門限以下，導致充電芯片出現不工作的場景。

 

Fig3  電池停充的相關波形 （ Ch1=SW, Ch2=Ibat, Ch3=Vbus, Ch4=Vbat）

 

為了複現該問題
，在EVM上進行模擬實驗，搭建實驗環境如下
，輸入電源power supply #1還是設置為5V/100mA。實際電池采用模擬電池電源來替代
，以便於監控電流。在係統端（sys）采用電子負載
，設置恒流CC模式來模擬實際係統的電流消耗。將模擬電池的電壓從2.5V不斷往上調高

，來模擬充電過程中不同的電池電壓情況，觀察在這個過程中，是否會存在停充的現象。

 

Fig4　模擬故障的實驗環境搭建 (2)

 

從測試可以看到當Vbat電壓在3V左右會出現如Fig2 中類似的情況

，而在其他電壓的情況下，Vbus即使因為電流能力不足導致被拉下來，但還是能夠被鉗位在VINDPM的電壓值，而不會更低。從Fig5中可以看到當電池電壓在2.9V和3.2V時
，輸入Vbus會被鉗位到VINDPM的值，即設定的4.4V，不會出現跌落的場景。

 

 

 

 

從手冊中可以看到，3V左右是芯片從pre-charge到fast-charge的切換點，對Vbat=3.0V時波形展開，如Fig6,

 

Fig6 Vbat=3V時Vbus跌落的展開圖（Ch1=Vbus, Ch2=Vsys, Ch3=Vbat, Ch4=SW）

 

可以看到，充電電流從在70us內變化了有400多mA, 在b點VINDPM的環路開始響應，開始減少充電電流，但從c點可以看到，VINDPM的環路沒辦法將充電電流控住
，從而Vbus發生跌落，跌落至工作門限以下。此時芯片停止工作，Vbus由於負載變輕，又恢複到正常電壓。但恢複到正常電壓後
，又重新進入上電流程
，芯片要重新進行poor source檢測，需要~30ms左右的時間，這個過程中係統端隻能由電池來供電。從上麵分析可以看到
，其本質原因是在於VINDPM的響應時間比芯片從預充到快充的充電電流變化時間要慢，所以VINDPM在這種大負載切換時來不及起作用

，導致Vbus電壓被拉下來
，從而導致無法充電。而實際采用真實電池時，在中間進入supple mode的de階jie段duan，電dian池chi因yin為wei在zai消xiao耗hao能neng量liang所suo以yi電dian壓ya會hui被bei拉la下xia來lai，等deng到dao再zai次ci恢hui複fu充chong電dian的de時shi候hou，電dian池chi電dian壓ya比bi較jiao低di
，所suo以yi還hai是shi在zai進jin行xing預yu充chong電dian階jie段duan，當dang切qie入ru快kuai充chong階jie段duan時shi，又you會hui進jin入ru到dao停ting充chong的de狀zhuang態tai，所suo以yi導dao致zhi電dian池chi電dian壓ya一yi直zhi無wu法fa充chong到dao3V以上，進入正常的快充狀態。

 

那針對這個問題，因為VINDPM的(de)響(xiang)應(ying)時(shi)間(jian)是(shi)跟(gen)它(ta)環(huan)路(lu)本(ben)身(shen)的(de)響(xiang)應(ying)有(you)關(guan)，這(zhe)個(ge)是(shi)沒(mei)辦(ban)法(fa)修(xiu)改(gai)的(de)，那(na)麼(me)我(wo)們(men)可(ke)以(yi)從(cong)係(xi)統(tong)層(ceng)麵(mian)去(qu)解(jie)決(jue)這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)。可(ke)以(yi)將(jiang)充(chong)電(dian)電(dian)流(liu)的(de)抬(tai)升(sheng)從(cong)直(zhi)接(jie)抬(tai)升(sheng)，改(gai)為(wei)階(jie)梯(ti)式(shi)的(de)抬(tai)升(sheng)，讓(rang)每(mei)次(ci)的(de)電(dian)流(liu)跳(tiao)變(bian)幅(fu)度(du)沒(mei)有(you)那(na)麼(me)大(da)，這(zhe)樣(yang)可(ke)以(yi)使(shi)得(de)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)在(zai)這(zhe)樣(yang)小(xiao)的(de)跳(tiao)變(bian)下(xia)不(bu)會(hui)被(bei)拉(la)低(di)到(dao)工(gong)作(zuo)電(dian)壓(ya)點(dian)以(yi)下(xia)。同(tong)時(shi)應(ying)該(gai)本(ben)身(shen)是(shi)穿(chuan)戴(dai)類(lei)的(de)應(ying)用(yong)，其(qi)電(dian)池(chi)容(rong)量(liang)也(ye)比(bi)較(jiao)小(xiao)，所(suo)以(yi)這(zhe)種(zhong)台(tai)階(jie)式(shi)的(de)充(chong)電(dian)電(dian)流(liu)抬(tai)升(sheng)對(dui)整(zheng)體(ti)的(de)充(chong)電(dian)時(shi)間(jian)影(ying)響(xiang)也(ye)基(ji)本(ben)可(ke)以(yi)忽(hu)略(lve)。

 

Fig7a 原先的充電策略

 

Fig7b 新的充電策略

 

結合電容的電壓電流特性Cdu/dt=I
，可以得到公式(1)如下

 

   公式（1）

 

 

其中
，Cin是輸入電容, 最極限的情況就是所有能量都由Cin提供，輸入電源本身還來不及響應;

 

Vbus是輸入電源電壓，Vbusfalling是芯片工作電壓點，在手冊中可以看到為3.9V( typical),  這邊要確保輸入電壓不會跌落到欠壓門限以下，所以從正常工作的Vbus到欠壓點之間的壓差就是(Vbus-Vbusfalling)，也即之前電容特性公式中的du;

 

TVINDPM是VINDPM的對應的響應時間，從前麵的測試波形可以得到。在這段時間內，VINDPM來不及響應，那麼電容上的電壓就可能會跌落到VINDPM設定門限以下；

 

（Ich1-Ich2）為充電電流跳變步進，Vbat為此時電池電壓，ꜧ為充電效率，可以通過手冊效率曲線得到。假設係統端電流是穩定的
，通過“充電電流*電池電壓/充電效率” 就可以得到充電芯片輸入端電流變化，也就是此時輸入電容上被抽走的電流，它會導致電壓跌落。

 

用這個公式可以大致算出，要使得Vbus電壓不要跌落到欠壓點以下時，充電電流最大的變化值
，也就是台階式去抬升電流的最大的台階。

 

這邊取Cin=10uf, Vbus=5V, Vbat=3V, tindpm= ~100us, 效率就按~80%
，得到充電電流的每一個台階是~0.15A。在TVINDPM時間後按照這個台階去抬升充電電流，即可以保證輸入電壓始終處於工作狀態內。

 

結論

 

本文針對BQ25601的錯誤上報機製進行了說明
，在多個錯誤同時發生的情況下依然隻會有一個INT信號，需要去進行二次讀取狀態寄存器來判斷當前狀態。同時，本文對實際在可穿戴應用中碰到的弱充問題進行了分析，原因在於輸入DPM的調節速度要慢於充電電流的調節速度，導致輸入電壓被拉低。給出了階梯式充電的解決方案，通過係統端來避免出現停充的問題。

 

參考文獻

 

 

[1] BQ25601 Datasheet, SLUSCK5, Texas Instruments.

 

[2] BQ25601 EVM guide, SLUUBL4, Texas Instruments.

 

 

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