Блог компании TI BQ25700 Синхронный контроллер заряда NVDC с понижающе-повышающим преобразователем, монитором системного питания и процессором

Компания Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd. поставляет и занимается переработкой синхронных контроллеров заряда батарей NVDC (Narrow Voltage DC) TI  с функцией мониторинга питания системы и процессора.

— это высокопроизводительный синхронный контроллер заряда батарей NVDC (Narrow Voltage DC) с функцией понижающего/повышающего преобразования, специально разработанный для портативных интеллектуальных устройств, питающихся от многоэлементных батарей различных химических составов. Микросхема интегрирует многофункциональные модули, такие как мониторинг питания системы, мониторинг перегрева процессора и интеллектуальное управление силовым трактом. Она поддерживает широкий диапазон входных напряжений и бесшовное переключение между режимами понижения и повышения напряжения. Благодаря высокой эффективности преобразования, комплексным механизмам защиты и настраиваемым возможностям интеллектуального управления, она широко используется в мощных мобильных устройствах, таких как ноутбуки, планшеты 2-в-1 и портативные интеллектуальные терминалы. Это ключевой чип управления питанием, который обеспечивает баланс между производительностью зарядки, стабильностью питания системы и контролем энергопотребления устройства.

I. Основное позиционирование и базовая архитектура

BQ25700 использует синхронную топологию с четырьмя ключами для понижающего/повышающего преобразования. В отличие от традиционных асинхронных зарядных микросхем, его полноволновая синхронная выпрямительная схема значительно снижает потери при переключении, обеспечивая высокоэффективное преобразование энергии в широком диапазоне рабочих условий. Микросхема позиционируется как интегрированный контроллер, сочетающий интеллектуальное управление питанием NVDC, высокоточную зарядку батарей и мониторинг энергопотребления системы. Он может управлять всем процессом — включая кондиционирование входной мощности, зарядку батареи, регулируемое питание системы, мониторинг мощности и защиту от перегрузки — без необходимости использования дополнительных вспомогательных микросхем управления питанием.

В части управления силовым трактом использует запатентованную архитектуру NVDC (Narrow Voltage DC) от TI, которая полностью решает проблемы с провалами напряжения в традиционных системах питания. Она обеспечивает мгновенный запуск устройства как при отсутствии батареи, так и при глубоко разряженной батарее, а также поддерживает гибридный режим питания, при котором батарея активно дополняет питание, когда адаптер работает на полной нагрузке. Это идеально соответствует мгновенным требованиям устройства к высокой нагрузке и значительно повышает стабильность питания системы. Микросхема совместима с литий-ионными, литий-полимерными и другими многохимическими батарейными системами с 1–4 элементами, поддерживая спецификации батарей основных портативных устройств.

II. Ключевые основные функции и технические преимущества

1. Функция зарядки с широким диапазоном бесшовного понижающего/повышающего преобразования

поддерживает сверхширокий диапазон входных напряжений от 3,5 В до 24 В и полностью совместим с основными интерфейсами питания, такими как USB 2.0, USB 3.0, Type-C и USB PD, что делает его подходящим для различных источников питания, включая адаптеры, портативные зарядные устройства и бортовые источники питания. Благодаря технологии адаптивного управления контуром он обеспечивает бесшовное переключение между режимами понижения, повышения и понижения/повышения напряжения, гарантируя отсутствие скачков напряжения или перебоев в питании в процессе, тем самым полностью решая такие проблемы, как перезагрузка устройства и прерывание зарядки, вызванные колебаниями входного напряжения.

Напряжение зарядки может достигать 19,2 В, с высокоточным регулируемым током зарядки и ограничением выходного тока до 6,35 А. В сочетании с программируемой частотой переключения (800 кГц/1,2 МГц) он совместим со стандартными индукторами в диапазоне от 1 мкГн до 3,3 мкГн, обеспечивая баланс между миниатюризацией схемы и эффективностью преобразования. Он поддерживает высокую энергоэффективность даже при низких нагрузках, эффективно снижая энергопотребление устройства в режиме ожидания.

2. Интеллектуальное управление силовым трактом NVDC

является ключевой технической особенностью, обладающей двумя основными характеристиками: во-первых, возможность загрузки без батареи, позволяющая устройству включаться напрямую от внешнего адаптера без необходимости наличия батареи, что значительно повышает удобство ввода в эксплуатацию и обслуживания устройства; во-вторых, механизм динамического гибридного питания: когда внешний адаптер работает на полной нагрузке, а мгновенная мощность системы превышает предел, батарея может быстро вмешаться для дополнения питания, тем самым избегая таких проблем, как падение напряжения из-за перегрузки адаптера и просадки напряжения в системе.

Кроме того, микросхема интегрирует режим активной защиты Vmin (VAP); когда устройство питается только от батареи, она использует энергию, запасенную во входном конденсаторе, для компенсации пиковых скачков мощности в системе, подавляя колебания напряжения и обеспечивая стабильную работу основных нагрузок, таких как процессор и дисплей. В сочетании с запатентованным TI режимом сквозного прохождения (PTM) это еще больше повышает эффективность питания системы и сокращает время быстрой зарядки батареи.

3. Функции мониторинга питания системы и процессора

включает высокоточный интегрированный модуль обнаружения АЦП для обеспечения комплексного мониторинга состояния питания. Он может в режиме реального времени собирать ключевые параметры — такие как входное напряжение, входной ток, напряжение батареи, ток зарядки и напряжение питания системы — и передавать их на центральный процессор через шину SMBus для обеспечения цифрового управления и мониторинга состояния питания.

С учетом сценариев работы процессора микросхема интегрирует специальные механизмы для мониторинга перегрева процессора и энергопотребления, поддерживая скоординированное управление через сигнал PROCHOT. При обнаружении перегрузки питания системы, чрезмерной температуры процессора или аномального тока она проактивно выводит предупреждающие сигналы для запуска защитных действий, таких как снижение производительности процессора и ограничение тока нагрузки. Это предотвращает отключение устройства из-за перегрева и повреждение из-за перегрузки по мощности, тем самым обеспечивая аппаратный контроль энергопотребления системы и тепловой безопасности.

4. Интеллектуальная оптимизация входной мощности и механизмы защиты

оснащен алгоритмом ICO (Input Current Optimisation), который автоматически определяет максимальную выходную мощность внешнего источника питания и динамически подбирает оптимальную входную мощность. Это не только позволяет полностью использовать мощность источника питания для ускорения зарядки, но и предотвращает повреждения, вызванные перегрузкой источника питания. В то же время он интегрирует двойные механизмы защиты — IDPM (Input Current Limiting) и VDPM (Input Voltage Limiting) — для точного ограничения входной мощности и адаптации к адаптерам различной мощности.

Микросхема интегрирует полный набор функций аппаратной защиты, включая защиту от перенапряжения на входе, пониженного напряжения и перегрузки по току; защиту от перезаряда, глубокого разряда и короткого замыкания батареи; защиту от перегрева микросхемы с ограничением тока и отключением; а также защиту от перенапряжения и пониженного напряжения на выходе системы. Эти функции обеспечивают всестороннюю безопасность на протяжении всего процесса зарядки и питания, обеспечивая долговременную стабильную работу в сложных условиях эксплуатации.

5. Функция обратной подачи питания USB OTG

поддерживает функцию USB OTG через обратный повышающий выход от батареи с диапазоном выходного напряжения от 4,48 В до 20,8 В. Он совместим с протоколом быстрой зарядки USB PD и обеспечивает максимальный выходной ток 6,35 А, позволяя устройствам заряжать другие устройства или питать периферийные устройства. Это отвечает расширенным требованиям к питанию портативных устройств, позволяя одному устройству выполнять как функции зарядки, так и разрядки.

III. Ключевые параметры электрической производительности

- Диапазон входных напряжений: 3,5–24 В; поддержка нескольких входов питания USB и PD

- Совместимость с батареями: 1–4-элементные литий-ионные батареи различных химических составов

- Максимальное напряжение зарядки: 19,2 В

- Максимальный ток зарядки/выхода: 6,35 А; разрешение по току: 50 мА

- Частота переключения: Программируемая на 800 кГц/1,2 МГц, подходит для маломощных индукторов

- Интерфейс связи: Стандартная связь SMBus, поддержка настройки параметров и отчетности о состоянии

- Режимы работы: Синхронный понижающий, синхронный повышающий, бесшовное переключение понижающего/повышающего преобразования, режим сквозного прохождения PTM, режим активной защиты VAP

- Механизмы защиты: Комплексная защита от перенапряжения, пониженного напряжения, перегрузки по току, короткого замыкания, перегрева и перегрузки по мощности

IV. Типичные сценарии применения

1. Портативные вычислительные устройства: Ультратонкие ноутбуки, планшеты 2-в-1 и портативные промышленные компьютеры. Подходит для быстрой зарядки батарей и стабильного питания при высоких нагрузках; обеспечивает тепловую безопасность и стабильное энергопотребление при высокопроизводительной работе благодаря функциям мониторинга процессора.

2. Интеллектуальные портативные терминалы: Мощные портативные устройства хранения энергии, мобильные интеллектуальные терминалы и промышленные портативные устройства. Использование широкого диапазона входных напряжений, множества механизмов защиты и возможности обратной подачи питания OTG для повышения адаптивности и расширяемости устройства.

3. Адаптеры с несколькими источниками питания: Системы питания, требующие совместимости с USB PD, традиционными USB и несколькими источниками питания от адаптеров. Опираясь на оптимизацию мощности ICO и управление питанием NVDC, эти решения обеспечивают бесшовное переключение между несколькими источниками питания и эффективное распределение мощности.

V. Ключевые моменты проектирования схемы 1. Выбор силовых компонентов: Выбирайте высокочастотные, малопотерьные силовые индукторы в диапазоне от 1 мкГн до 3,3 мкГн в зависимости от частоты переключения, в сочетании с входными и выходными конденсаторами с низким ESR для подавления пульсаций напряжения и повышения эффективности преобразования.

2. Тепловой расчет: Поскольку микросхема выделяет значительное количество тепла при работе на высокой мощности, компоновка печатной платы должна предусматривать достаточные площади с медным покрытием для рассеивания тепла; силовые цепи должны быть короткими и широкими, чтобы минимизировать потери на проводимость и тепловыделение.

3. Конфигурация шины: SMBus позволяет настраивать такие параметры, как ток зарядки, напряжение, пороговые значения ограничения тока и пороговые значения защиты, обеспечивая адаптацию к различным спецификациям батарей и требованиям к энергопотреблению устройства.

4. Оптимизация контура: Параметры контура компенсации должны быть оптимизированы во время перехода понижающего/повышающего преобразования для обеспечения быстрой динамической реакции при переключении режимов и предотвращения колебаний напряжения и тока.

VI. Обзор продукта

BQ25700VII. Маркировка продукта:

BQ25700ARSNR

, BQ25700ARSNBQ25700ARSBQ25700ARBQ25700ABQ25700