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如何在鋰離子電池設計中實現(xiàn)運輸節(jié)電模式

發(fā)布時間:2021-08-05 來源:Gautham 責任編輯:wenwei

【導讀】您是否有印象,許多電池供電的電子玩具在電池上有一個小型塑料拉片(如圖1),將其拉下后這些玩具才開始動起來?這是關閉電池至產(chǎn)品有源電路的連接的一種方式,且是最早的一種“運輸節(jié)電模式”。 
 
本文將介紹什么是運輸節(jié)電模式,以及如何在產(chǎn)品中使用此功能來提供最佳用戶體驗。雖然本文主要將使用德州儀器電池充電管理集成電路作為示例,但您可將這些概念應用于正在開發(fā)的任何低功耗系統(tǒng)。
 
如何在鋰離子電池設計中實現(xiàn)運輸節(jié)電模式
圖 1:拉動電池供電產(chǎn)品上的拉片
 
什么是運輸節(jié)電模式,為何需要它?
 
運輸節(jié)電模式是產(chǎn)品消耗最低電池電流的狀態(tài)。消費者希望在購買電池供電產(chǎn)品后能夠立即使用它們。這意味著電池在運輸期間和保質(zhì)期內(nèi)必須保持一定容量,這可能需要幾個月甚至更長時間。 
 
鋰離子電池已成為設計師的熱門選擇,因為它們可充電、支持高功率要求且極其輕便。但是,與非充電電池不同,您不能在使用鋰離子電池的產(chǎn)品上放置塑料拉片。因此出于安全考慮,您希望避免使用這些電池。這意味著我們需要找到替代解決方案,以便在處于通斷狀態(tài)的產(chǎn)品中實現(xiàn)運輸節(jié)電功能。
 
您可能想知道為何當“運輸節(jié)電”只發(fā)生一次時您就應該關注運輸節(jié)電模式,但這并不完全正確。運輸節(jié)電模式是產(chǎn)品消耗最低靜態(tài)電流的狀態(tài),同時等待用戶按下按鈕導通產(chǎn)品。例如,德州儀器的BQ25120A主動監(jiān)控待插入的適配器或按鈕輸入,同時消耗2 nA的典型電流。
 
我們經(jīng)常建議設計人員在產(chǎn)品即將出廠裝箱、產(chǎn)品正在使用且電池電量不足、以及產(chǎn)品正在使用且用戶想關閉產(chǎn)品時實施運輸節(jié)電模式。
 
BQ25120A系列產(chǎn)品充電器的運輸節(jié)電模式使用按鈕接口實現(xiàn),如圖2所示。按鈕輸入(/MR)在內(nèi)部上拉至VBAT管腳。當器件處于運輸節(jié)電模式且用戶按下/MR按鈕時,產(chǎn)品將退出運輸節(jié)電模式。
 
您無需在此管腳上使用電容,因為信號在內(nèi)部已消除故障,但通常其在某些原理圖中可見。若開關暴露給用戶,您可選擇使用瞬態(tài)電壓抑制二極管進行保護。/MR管腳上的低電壓讀數(shù)轉(zhuǎn)換為“ 按下按鈕”動作。連接到微控制器(MCU)以驅(qū)動/MR管腳時要小心,因為/MR管腳上的電壓被拉至電池電壓本身。通常采用N通道金屬氧化物半導體來模擬無按鈕系統(tǒng)中MCU的“按壓”動作。 
 
如何在鋰離子電池設計中實現(xiàn)運輸節(jié)電模式
圖 2:MR管腳上的內(nèi)部上拉
 
當產(chǎn)品即將裝箱時,EN_SHIPMODE命令通過I2C發(fā)送,器件等待進入運輸節(jié)電模式,直至VIN(充電器)斷開,如圖3所示。
 
 
如何在鋰離子電池設計中實現(xiàn)運輸節(jié)電模式
圖 3:工廠生產(chǎn)線運輸節(jié)電模式圖例
 
我看到生產(chǎn)線上存在很多挑戰(zhàn)。在實驗室中運行很有效,但在一條生產(chǎn)線上每小時生產(chǎn)幾百種產(chǎn)品時,這可能是另一回事。產(chǎn)品處在夾具上,若VIN適配器未彈回,裝配工無法正確拉出產(chǎn)品。當VIN看似重新插回時,充電器將退出運輸節(jié)電模式。這種情況下,如何確保產(chǎn)品處于運輸節(jié)電模式?
 
答案很簡單:VIN存在時,設置EN_SHIPMODE命令。一旦產(chǎn)品離開為VIN供電的夾具,將/CD管腳抬升,以執(zhí)行運輸節(jié)電模式命令,且在裝箱前將器件置于運輸節(jié)電模式,如圖4所示。在所有這些序列中,/MR被推動,以顯示該器件確實進入了運輸節(jié)電模式。
 
如何在鋰離子電池設計中實現(xiàn)運輸節(jié)電模式
圖 4:一家?guī)в袕椥赃m配器的工廠中的運輸節(jié)電模式圖例
 
當產(chǎn)品電池電量不足時,通常最好的掉電方式是保留一些備用容量,然后進入運輸節(jié)電模式。當用戶按下按鈕時,器件可以讀取電池電量。若電池電量過低,產(chǎn)品可能會顯示警告并返回到運輸節(jié)電模式,如圖5所示。例如,使用BQ25120A時,可使用單個寄存器寫入發(fā)送運輸節(jié)電模式命令,如圖6所示。
 
如何在鋰離子電池設計中實現(xiàn)運輸節(jié)電模式
圖 5:產(chǎn)品喚醒程序
 
如何在鋰離子電池設計中實現(xiàn)運輸節(jié)電模式
圖 6:通過I2C命令進入運輸節(jié)電模式
 
此外,要創(chuàng)建電源通斷按鈕,您仍然可使用/MR管腳,通過配置MRREC寄存器以進入運輸節(jié)電模式,并編程按鈕的持續(xù)時間,以確定需要保持低電平的時長;您剛剛創(chuàng)建了一個斷電按鈕。若要重新喚醒,請再次按下按鈕,如圖7所示。
 
如何在鋰離子電池設計中實現(xiàn)運輸節(jié)電模式
圖 7:電源通斷按鈕
 
希望本文能讓您了解如何使用充電器上的某些功能,并準備好在您的下一個產(chǎn)品中實現(xiàn)運輸節(jié)電模式!
 
文章來源:TI E2E™ 中文設計論壇
 
 
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