BQ25611D中文手册

 

1：概述

BQ25611D是一个高度集成的、3.0-A开关模式的电池充电器，用于锂离子和锂聚合物电池。它包括input reserve-blocking FET（RBFET Q1），high-side switching FET（HSFET Q2），low-side switching FET（LSFET Q3）和battery FET（BATFET Q4），还有用于高侧栅极驱动的自举二极管。

 

2：原理框图

 

3：特征描述

3.1：上电复位（power-on-reset）

该设备使用VBUS电压和BAT电压较高的一个来驱动内部偏置电路。当VBUS电压上升到高于VBUS_UVLOZ或者BAT电压上升到高于VBAT_UVLOZ时，睡眠比较器、电池耗尽比较器、BATFET驱动可以工作，I2C接口可正常通信，所有寄存器复位成默认的值。此时主机可以访问所有的寄存器。

3.2：无输入源时设备从电池启动

如果仅有电池在位且电池电压高于耗尽阈值（VBAT_DPLZ），BATFET打开并且连接电池到系统。REGN保持关闭以最小化静止电流。BATFET的低导通电阻和BAT上的低静止电流最大限度减少传导损耗以最大化电池运行时间。

该设备一直通过BATFET来监控放电电流。当系统过载或者短路时（IBAT > ISYS_OCP_Q4），设备立马关闭BATFET直到输入源再次接入。

当BATFET由于过流关闭时，设备通过I2C设置BATFET_DIS比特位以标识BATFET已经关闭，直到输入源再次插入或者在BATFET使能章节中描述的方式之一被应用来重新使能BATFET。

3.3：从输入源启动

当一个输入源接入，设备检测该输入源电压来打开REGN LDO和所有的偏置电路。设备在降压转换器工作前探测并设置输入电流限制。从输入源的启动流程如下所示：

1.启动REGN LDO

2.poor source认证

3.基于D+/D-探测输入源从而设置默认的输入电流限制（IINDPM）

4.输入电压限制（VINDPM）的阈值设置

5.启动转换器

3.3.1：启动REGN LDO

REGN LDO提供内部偏置电流和HSFET、LSFET栅极驱动。它还向TS外部电阻提供偏压轨。STAT的上拉轨也可以连接REGN。当以下所有条件满足时REGN LDO被使能：

1.VBUS > VBUS_UVLOZ

2.在降压模式下，VBUS > VBAT + VSLEEPZ

3.在升压模式下，VBUS < VBAT + VSLEEPZ

4.200ms延迟

在高阻抗（HIZ）模式下，当EN_HIZ比特位为1，REGN LDO关闭。电池给系统供电。

3.3.2：poor souece认证

当REGN LDO启动后，设备开始检测输入源的供电能力。第一步就是poor source探测：

.当驱动IBADSRC（典型值30mA）时，VBUS电压大于VPOORSRC

一旦输入源通过poor source探测后，状态寄存器的VBUS_GD比特位被置1并且INT引脚触发从而通知主机。

如果设备poor source探测失败，它会每两秒一次重复认证过程。

3.3.3：输入源类型探测（设置IINDPM阈值）

poor source探测后，设备通过D+/D-引脚对输入源就行探测。D+/D-探测遵循BC1.2规范用以检测SDP/DCP/CDP和非标准适配器。

通过I2C，当输入源类型探测完成后，通过INT中断通知主机。当有必要情况下，主机可以通过重写IINDPM寄存器来改变输入电流限制。

3.3.3.1：D+/D-探测以设置输入电流限制

当一个5V的适配器被接入后，设备根据D+/D-探测来设置输入电流限制。D+/D-探测包括标准USB BC1.2和非标准的适配器。当一个输入源接入后，设备开始标准USB BC1.2探测。USB BC1.2可以认证SDP、DCP个CDP。非标准探测根据D+/D-引脚上的独特分离符来区分特定于供应商的适配器（苹果 三星）。如果一个适配器是DCP，那么输入电流限制被设置为2.4A。如果一个适配器是未知的，那么输入电流限制通过ILIM引脚被设为0.5A。

第二阶段的探测用以区别CDP和DCP，第二阶段的探测协议如下所示：

大多数时间，CDP要求便携式设备（如手机 平板）在CDP插入2.5秒内发送回枚举信息。否则，即使D+/D-探测表明是CDP该端口也会退到SDP。

3.3.4：设置输入电压限制阈值（VINDPM阈值）

该设备有两种模式来设置VINDPM阈值。

.固定的VINDPM阈值。该阈值被默认设置为4.5V（可编程3.9V-5.4V）。

.VINDPM阈值跟踪电池电压从而优化输入和输出之间的转换器headroom。当通过REG07[1:0]使能后，真正的输入电压限制是在寄存器中的VINDPM值和VBAT加上VINDPM_BAT_TRACK[1:0]值中的较大的一个。

3.3.5：降压模式启动转换器

当输入电流限制设置完成后，转换器使能并且打开HSFET和LSFET开关。转换器代替电池提供系统电压。如果电池充电禁用，那么BATFET关闭，否则，BATFET一直打开以给电池充电。

当系统rail斜坡上升时，设备提供软复位。当系统rail低于VBAT_SHORT时，输入电流被限制为200mA和IINDPM中较低的值。系统负载应被调整以低于200mA或者IINDPM限制。当系统rail上升高于VBAT_SHORT，设备输入电流限制为IINDPM。

作为一个电池充电器，该设备利用一个高效的1.5MHz降压开关调节器。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以简化输出滤波器的设置。

该转换器默认支持PFM（脉冲频率调制）操作，在系统电压调节过程中具有快速的瞬态响应和更好的光负荷效率。如果系统电压没有调节，PFM_DIS比特位禁用PFM操作。

3.3.6：适配器在位HIZ模式

在有适配器的情况下使能EN_HIZ比特，设备进入高阻抗状态（high impedance state）。在HIZ模式下，即使有好的适配器的情况下，系统也从电池供电。当RBFET、RGEN LDO和偏置电路关闭是时，设备处于低输入静止电流状态。

 

3.4：基于电池的升压模式操作

该设备支持升压转换器操作，通过USB口将电源从电池输送到其它手持设备。输出电压调节在5V（可编程为4.6/4.75/5.0/5.15 V），输出电流可达1.2A（可编程为0.5A/1.2A）,且具有恒流调节功能。用户需要在VBAT和升压模式调节电压（VBST）之间至少有350mv差才能有效的启动升压模式。例如，BOOST[1:0]推荐设置为4，75V，如果电池电压为4.4V时则需要更高。

当以下条件都满足时，升压模式使能：

.BATFET_DIS为0，CHG_CONFIG为0，BST_CONFIG为1

.BAT高于MIN_VBAT_SEL比特设置的VBST_BAT 

.转换器启动前，VBUS低于VBAT + VSLEEP（在睡眠模式）

.TS（热敏电阻）引脚上的电压，占VREGN的百分比在可接收范围（VBHOT_RISE% < VTS% <

VBCOLD_FALL%）

.升压模式使能后延迟30ms

在升压模式过程中，状态寄存器的VBSU_STAT比特位设为111.

在升压模式下，转化器支持轻载PFM操作。PFM_DIS比特可用来禁用PFM功能。

 

3.5：电源路径管理

该设备支持广泛的输入源，如USB、墙充电源、汽车充电器等。该设备从输入源（VBUS）,电池或者两者皆可来提供自动的电源路径选择以给系统供电。

3.5.1：限定直流电源架构

当电池低于系统最小电压设置时，BATFET工作在线性模式（LDO mode），且系统电压为高于最小系统电压值180mv。当电池电压上升到高于系统最小电压值时，BATFET完全打开，系统和电池之间的电压差是BATFET的VDS 值。

当电池充电被禁用且高于系统最小电压，或者充电被终止，系统电压被调节为高于电池电压50mv。当系统处于最小系统电压时，状态寄存器VSYS_STAT被置1。

3.5.2：动态电源管理

为了满足USB规范的最大电流限制和避免适配器过载，该设备具有动态电源管理功能（DPM），它会一直监控输入电流和输入电压。当出现电流超过IINDPM或者电压低于VINDPM这两种输入过载的情况，设备会减少充电电流，直到输入电流下降到IINDPM以下或者输入电压上升到VIMDPM以上。

当充电电流下降到0，但是输入源依旧过载的，系统电压开始下降。一旦系统电压下降至低于电池电压，设备自动进入supplement模式，在该模式下BATFET打开，电池开始放电，这样系统同时支持输入源和电池给电。

在DPM模式下，状态寄存器的VINDPM_STAT或者IINDPM_STAT比特位为1。

下图显示了9V/1.2A适配器，3.2V电池，2.8A充电电流和3.5V系统最小电压下的DPM响应

 

 

3.5.3：supplement模式

当系统电压下降至低于电池电压，当电流较低时，BATFET打开并且调节使得最小BATFET VDS保持在30mv。这防止震荡从而进入或者退出supplement模式。

随着放电电流的增加，BATFET栅极被更高的电压调节以降低RDSON直到BATFET被完全导通。在这一点上，BATFET VDS随着放电电流线性增加。当电池低于耗尽阈值时，BATFET关闭以退出supplement模式。

 

3.6：电池充电管理

该设备为一个锂离子电池充电，高容量平板电池充电电流可达3A。19.5毫欧的BATFET电阻提高了充电效率且最小化了放电压降。

3.6.1：自主充电周期

当电池充电使能后（CHG_CONFIG = 1，CE引脚为低），该设备自主完成一个充电周期，并不需要主机介入。设备默认的充电参数如下表所示。主机通过写入对应的寄存器来控制电源路径和充电参数。

当下列条件满足时，一个新的充电周期开始：

.转换器启动

.电池充电使能（CHG_CONFIG = 1，ICHG 寄存器不为0，CE引脚为低）

.TS上没有热敏电阻故障（TS可被忽视通过配置TS_IGNORE比特为1）

.安全计时器没有出错

.BATFET没有被强制关闭

当充电电流低于终止阈值时、电池电压高于recharge阈值、并且设备不处于DPM模式或者热调节时，设备自动终止充电。当一个充满电的电池放电低于recharge阈值时（可通过VRECHG比特选择），设备自动开始一个新的充电周期。当充电完成后，拉低CE引脚或者设置CHG_CONFIFG比特位可以启动一个新的充电周期。适配器的移除和重新接入也会启动一个新的充电周期。

STAT输出信号指示充电状态：充电中（低）、充电完成或充电禁用（高）、充电故障（闪烁）。状态寄存器反应不同的充电阶段：充电禁用（00）、预充（01）、恒流快充和恒压充电（10）、充电完成（11）。

当一个充电周期完成后，将会产生INT中断通知主机。

3.6.2：电池充电协议

该设备通过五个阶段给电池充电，电池短路、预处理、恒流、恒压、浮充（可选）。在充电的开始阶段，设备根据电池电压调节电流和电压。

充电器输出与电池端子之间的电阻，例如板路由、连接器、MOSFET、传染电阻等，会导致充电过程过早的从恒流变换到恒压，从而导致充电时间的增加。为了加速充电周期，该设备提供BATSNS引脚以延迟恒流充电时间，从而给供最大化功率给电池。BATSNS直接连接到电池终端以远程感知电池电压。BATSNS默认开启，可通过BATSNS_DIS比特禁用。如果BATSNS接地或者悬空，则充电器调节BAT引脚。

 

3.6.3：充电终止

当电池电压高于recharge电压，且电流低于终止电流时，该设备终止充电过程。当一个充电周期完成后，BATFET关闭。STAT拉高表示充电完成。转换器继续工作为系统供电，BATFET可以再次被打开从而进入supplement模式。

当设备处于IINDPM/VINDPM调节或者热调节状态下，实际的充电电流将小于终止值。在这种情况下，终止暂时被禁用。

当充电终止时，STAT引脚被拉高。状态寄存器的CHRG_STAT位设为11，并且产生INT中断通知主机。终止可在充电终止前往EN_TERM比特写1来禁用。

终止电流设置在REG01[3:0]里，关于终止电流的准确性，实际的终止电流可能比设置的值高。为了补偿终止的准确性，一个可编程的浮充时间可在终止后启用。浮充定时器将遵从安全定时器约束，这样当安全定时器挂起时，浮充定时器也会被挂起。类似的，如果安全定时器加倍，浮充定时器也会加倍。TOPOFF_ACTIVE比特位表示浮充定时器是否启动。主机可通过读取CHRG_STAT和TOPOFF_ACTIVE来获取终止状态。在浮充过程中，STAT引脚保持高电平。

当下列条件之一发生时，浮充定时器复位：

.充电从禁用变成使能

.充电进入终止状态

.REG_RST比特位被设置

一旦充电器检测到充电终止，就会读取浮充定时器的设置。当终止后编程浮充定时器的值（写01，10，11）不会起作用，除非一个recharge过程正在启动。当对定时器写入00，它会立即停止。当进入浮充阶段或者一个浮充时间完成后，会产生INT中断通知主机。

3.6.4：热敏电阻认证

该设备为电池温度检测提供一个唯一的热敏电阻输入。

3.6.4.1：充电过程中的JEITA指南规范

2007年4月20日发布了JEITA指南用以提高锂电池充电的安全性。该指南强调在一定高低温范围避免高电荷电流和高电荷电压的重要性。

为启动一个充电周期，TS引脚上的电压值占VREGN一定的百分比，且在VT1_FALL% 到VT5_RISE%的范围内。如果TS脚上的电压超出T1-T5范围，控制器挂起充电过程，一个TS错误被上报且一直等到电池温度重新回到T1-T5范围。

在cool温度条件下（T1-T2），充电电流下降到一个可编程的快充电流值（ICHG的0%，默认20%，50%，100%,通过JEITA_ISET设置）；在warm温度条件下（T3-T5）,充电电压下降至4.1V或者保持为VREG（JEITA_VSET设置），且充电电流下降到一个可编程的等级（0%，20%，50%，默认100%）。在T3-T5范围内电池终止被禁用。充电器在T2和T3的阈值设置上更为复杂，当T1设置为0度，T5设为60度，T2可编程为5.5度/默认10度/15度/20度，T3可被编程为40度/45.5度/50.5度/54.5度。

在充电和升压过程中，如果充电器不需要监控温度，主机可设置TS_IGNORE比特位1从而达到忽略TS引脚的目的。在这种情况下，NTC_FAULT比特为000上报正常的TS状态。

3.6.4.2：升压模式下电池放电过程的热敏电阻监控

为了升压模式下的电池保护，设备监控电池温度在VBCOLD和VBHOT之间。当温度超出这个范围，升压模式被挂起。另外。VBUS_STAT比特位被置且上报NTC_FAULT错误。一旦温度重回正常范围内，升压模式恢复且NTC_FAULT被清除。

3.6.5：充电安全定时器

该设备有内置的安全定时器以防止由于电池异常情况而延迟充电周期。当电池电压低于VBATLOWV时，安全定时器是2小时，当电池电压超过VBATLOWV时，安全定时器时10小时（10/20小时通过REG05[2]设置），当安全定时器溢出后，STAT引脚以1Hz的频率翻转来上报该事件。

用户可通过I2C编程快充安全定时器（REG05[2]的CHG_TIMER比特）,当安全定时器溢出后，错误寄存器的CHRG_FAULT比特设为11并且产生INT中断通知主机。预充和快充阶段的安全定时器可通过I2C设置EN_TIMER比特来禁用。

在IINDPM/VINDPM管理、热管理、或者JEITA规范的cool/warm条件下，当快充电流下降时，安全定时器以一半的时钟速率运行，因为此时实际充电电流很可能低于设置的值。例如，如果在整个充电周期内充电器在IINDPM下，安全定时器设为10小时，那么实际上20小时后安全定时器才会溢出。这个一半时钟速率的功能可通过往TMR2X_EN比特写0来禁用。

如果产生BAT_FAULT、NTC_FAULT导致充电挂起，安全定时器也会被挂起。一旦错误解决，定时器也会恢复。如果用户通知充电后再重新开始充电，定时器会被复位。

 

3.7：ship模式和QON引脚

3.7.1：禁用BATFET(进入ship模式)

为了延迟电池寿命，以及在系统掉电时减少功耗，该设备关闭BATFET以使系统电压浮动，从而最小化电池泄露电流。当主机设置BATFET_DIS比特时，充电器可以立即关闭BATFET也可以在延迟一个tBATFET_DLY（BATFET_DLY比特设置）时间后关闭。当适配器在位时想要设置设备进入ship模式，主机首先需要设置BATFET_RST_VBUS比特为1，然后再设置BATFET_DIS比特为1。这样充电器将在适配器在位的情况下关闭BATFET（不充电也不是supplement）。如果适配器被移除，充电器会进入ship模式。

3.7.2：BATFET使能（退出ship模式）

当BATFET被禁用进入ship模式时，下列任一事件将会使能BATFET从而恢复系统供电：

.接入适配器

.清楚BATFET_DIS比特位

.设置REG_RST比特将包括BATFET_DIS在内的所有寄存器复位

.QON引脚上的一个持续tSHIPMODE时间的高电平到低电平的变化会使能BATFET从而退出ship模式。此时EN_HIZ比特置为1（不管适配器在位与否）。主机必须在使能升压模式前将EN_HIZ设为0。一旦适配器接入，EN_HIZ比特将会被清除。

3.7.3：BATFET全系统复位

当输入源没有插入时，BATFET就是电池与系统之间的负载开关。当BATFET_RST_EN置1，BATFET_DIS置0，BATFET全系统复位功能被使能。通过将BATFET的状态从开到关，连接在SYS上的系统被强制执行power-on-reset。当复位完成后，设备进入POR状态，所有寄存器被复位为默认值。QON引脚支持通过按钮来改变BATFET状态从而复位系统电源而不需要主机干预。在内部，它通过一个200千欧的电阻上拉到VQON。

当QON引脚被拉至低电平且持续tQON_RST时间后，BATFET复位过程开启。BATFET被关闭tBATFET_RST时间后重新开启，从而对系统电源进行全复位。该功能可通过设置BATFET_RST_EN比特为0来禁用。

BATFET全系统复位功能不关心适配器在位与否。如果BATFET_RST_WVBUS为1，在QON引脚被拉低tQON_RST时间后系统全复位开始。一旦复位过程开始，设备先进入HIZ模式来关闭转换器，然后开启BATFET。

如果BATFET_RST_WVBUS为0，只有在适配器被移除，且QON被拉低tQON_RST时间后系统复位才会开始。

如果系统复位前EN_HIZ没有被置为1，那么当BATFET系统全复位完成后，设备将重新启动。

 

3.8：状态输出（STAT ，INT）

3.8.1：充电状态指示（STAT）

该设备通过开漏引脚STAT来指示充电状态，该引脚可以驱动LED

3.8.2：连接到主机的中断

在一些应用中，主机不会一直监控充电操作。INT中断用来通知主机，以下事件会触发一个256微妙的低脉冲中断。

.检测到可用的输入源

--VBUS大于电池电压（未睡眠）

--VBUS低于VAOCV阈值

--当IBADSRC（通常30mA）产生时（非poor source）VBUS大于VPOORSRC（通常3.8v）

.输入适配器移除

.输入源类型探测中检测到适配器/USB

.充电完成

.寄存器REG09出现任何错误

.VINDPM/IINDPM事件发生

.浮充定时器开启和溢出

REG09[7:0]和REG0A[6:4]通知主机充电过程中产生的错误和状态的变化。当一个错误产生或者状态改变时，充电器会发送一个中断给主机并保持寄存器的状态直到主机来读取寄存器。在主机读取寄存器并且清除寄存器之前，就算产生新的错误或者状态改变充电器也不会再发送中断给主机。为了读取当前状态，

主机必须连续两次读取REG09/REG0A寄存器。第一次读取的是之前的寄存器状态，第二次读取的是当前的寄存器状态。

 

3.9：保护

3.9.1：降压模式下电压和电流监测

3.9.1.1：输入电压超载保护（ACOV）

输入电压可通过VAC引脚检测到。默认的OVP阈值是14.2V，该值可通过OVP[1:0]编程实现5.7v/6.4v/11v/14.2v。不管在升压或是降压模式下当ACOV发生时会立即停止转换器工作。当输入电压下降至低于OVP阈值时设备会自动恢复到正常工作。在ACOV期间，REGN LDO开启，设备不会进入HIZ模式。

在ACOV期间，错误寄存器的CHRG_FAULT比特置为01且INT中断产生通知主机。

3.9.1.2：系统过压保护（SYSOVP）

该设备在负载变化过程中固定住系统电压，以使连接到系统的部件不会因为高压损坏。当电池充电终止后，VSYS_OVP阈值大概比电池调节电压高300mV。一旦系统电压达到SYSOVP，转换器立马停止工作来固定住电压，充电器通过30mA的ISYS_LOAD放电电流来降低系统电压。

3.9.2：升压模式下的电压和电流监测

3.9.2.1：升压模式过压保护

当PMID电压上升至大于调节目标且超过VBST_OVP，设备立刻停止转换过程。且在升压模式下OVP持续超过12ms后设备退出升压模式同时PMID_GOOD被拉低。同样的如果VAC电压超过VACOV，设备也会退出升压模式。BST_CONFIG比特置1。在升压模式下过压时，错误寄存器的BOOST_FAULT比特为1，且产生INT中断通知主机。

3.9.3：热调节和热关闭

3.9.3.1：降压模式下的热保护

除了通过TS引脚监控电池温度，在降压模式下，设备还会监测内部junction温度TJ，从而避免芯片和IC之间的junction过热。当内部junction温度超过110摄氏度时，设备降低充电电流。在热调节过程中，实际的充电电流会比编程设置的值低。因此，终止是禁用的，安全定时器以一半时钟速率运行，状态寄存器THERM_STAT比特为高。

此外，当IC的表面温度超过150度时，该设备关闭转换器和BATFET。当IC温度降到130度，转换器和BATFET重新启动。在热关闭过程中错误寄存器的CHRG_FAULT设为10且产中INT中断。

3.9.3.2：升压模式下的热保护

除了通过TS引脚监控电池温度，在升压模式下，设备还会监测内部junction温度TJ。当IC温度超过150度时，通过设置BST_CONFIG为低来禁用升压模式。当IC温度降低到145度以下时，主机可用重启升压模式。

3.9.4：电池保护

3.9.4.1：电池过压保护

电池过压限制是高于电池调节电压的4%。当电池过压发生时，充电器立刻停止转换。错误寄存器BAT_FAULT比特置高且产生INT中断。

3.9.4.2：电池过度放电保护

当电池放电至低于VBAT_DPL_FALL，BATFET将关闭以防止过度放电。要从此状态恢复，需要在VAC/VBUS上接入输入源。

3.9.4.3：系统过流保护

ISYS_OCP_Q4设置电池放电电流限制。一旦IBAT大于ISYS_OCP_Q4，充电器将会锁住Q4且进入ship模式。所有退出ship模式的方法都可以关闭Q4锁。

 

 

4：设备功能模式

4.1：主机模式和默认模式

该设备是一个主机控制的充电器，但它也可用工作在不需要主机管理的默认模式。在默认模式下，该设备可作为无主机或者主机睡眠下的自主充电器。当充电器在默认模式下时，WATCHDOG_FAULT比特为高。当充电器在主机模式，该比特为低。

在power-on-reset之后，看门狗定时器溢出后，该设备以默认模式启动，或者直接是默认模式。所有寄存器为复位值。

所有设备参数都可以通过主机编程。为了让设备处于主机模式，主机需要在看门狗定时器溢出前往WD_RST比特写1来复位看门狗定时器，或者通过设置WATCHDOG比特为00来禁用看门狗。