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電池管理IC——ETA6953

  ETA6951是一款13.5V、3A的單電芯電池充電和電源路徑管理IC。

  典型特徵為:

  •   1.5Mhz頻率、5V 2A時 90%充電效率的BUCK拓撲充電器;
  •   寬電壓輸入,同時支援USB供電和更高的電壓供電;
  •   電池充電控制MOS為27毫歐內阻;
  •   NVDC電源路徑管理;
  •   靈活的自動模式或IIC通訊模式以獲得更佳的系統性能;
  •   高度整合化系統包括:MOS、電流感測器等;

  ETA6953一共有25個引腳(包含底部熱焊盤),封裝為4*4mm QFN24L。

  引腳定義如下:

引腳名稱 引腳號 功能描述
VAC 1 充電輸入電壓感測器,該引腳必須和VBUS相連。
VBUS 24 充電輸入電壓,在VBUS與PGND之間連線一個旁路10uF陶瓷電容進行去耦。這顆電容越靠近VBUS越好。
PSEL 2 輸入電流選擇。該引腳被拉高時,輸入電流被限制為500mA;該引腳被拉低時,輸入電流被限制為2.4A。當裝置進入主機模式時限制輸入電流可通過IINDPM暫存器進行程式設計。
nPG 3 該引腳開漏低電平則說明電源狀態良好。使用一個10K電阻進行上拉,輸出低電平時則說明輸入電源狀態良好。如果輸入電壓在Vbusuvlo(欠壓鎖定電壓)和Vbusov(過壓鎖定電壓)之間,超過休眠模式閾值,電流將被限制在30mA。
STAT 4

充電狀態指示開漏輸出。連線到STAT的引腳應該使用10K電阻上拉到邏輯高電平上。STAT引腳指示電源狀態的好壞,在電源軌和STAT引腳間連線限流電阻和LED指示燈來提示電源的好壞:

輸出低電平為正在充電;

輸出高電平為充電完成進入休眠模式;

輸出1Hz 50%佔空比方波為未檢測到電池。

SCL 5 IIC通訊時鐘,使用10K電阻上拉。
SDA 6 IIC通訊資料,使用10K電阻上拉。
nINT 7 中斷開漏輸出。通過10K電阻上拉INT引腳,
NC 8 內部無連線,懸空。
nCE 9 充電控制,CE=0時充電;CE=1時不充電。
NC 10 內部無連線,懸空。
TS 11 溫度測量輸入引腳用於支援JETIA標準。連線一個負溫度係數的熱敏電阻。在VLDO、TS、GND之間接入一個滑動變阻器用來對測溫視窗進行程式設計。熱敏電阻推薦使用103AT-2。
nQON 12 BATFET使能/重置控制引腳。當BATFET處於運輸模式(ship mode)時,一個典型時間為1.15S的邏輯低電平會將BATFET從運輸模式中喚醒。當VBUS沒有接入,一個典型時間為8S的邏輯低電平會重啟系統。重啟系統的方式為短暫關閉BATFET(250ms)然後再開啟BATFET為系統供電。該引腳在內部連線了一個上拉電阻提供一個預設的高電平邏輯狀態。
BAT 13、14 電池正極。晶片內部的BATFET和電流感測器連線在BAT和SYS之間。在靠近BAT的地方連線一個10uF的電容去耦。
SYS 15、16 電壓轉換輸出引腳。在靠近SYS的地方連線一個20uF的電容去耦。
GND 17、18 電源地
SW 19、20 開關輸出。連線一個輸出電感。在BST和SW之間連線100nF自舉電容。
BST 21 為高側開關MOS提供導通電壓的自舉引腳。
VLDO 22 LDO輸出。使用4.7uF 10V耐壓的旁路電容。
PMID 23 對地連線一個10uF的旁路電容。
EP PAD 熱焊盤以及地參考。這個焊盤用於散熱以及為晶片提供地參考,必須與晶片外部的地有良好的電氣連線。

  ETA6953引腳圖:

  ETA6953典型電路:

  ETA6953典型表現特徵:

  ETA6953功能描述:

  ETA6953是一個高度整合的3A開關模式單芯鋰電池充(3.7V)電晶片,內部包含防反衝FET、高側FET、低側FET和電池FET,同時還內建了自舉二極體和高側FET驅動。

  

  無輸入電池上電模式:

  當系統裝上電池沒有其他外部電源輸入時,ETA6953會通過開啟BATFET而不開啟VLDO的方式檢查電池電壓,這樣可以將檢測需要的電流最小化,特別是NTC電阻網路。系統所有供電都來自於電池。VLDO將會一直關閉,直到自舉電路開始工作。無論如何,為了最優化輕載模式下電池的充電電流,BATFET的電荷泵會工作在一個較低的頻率。

  有外部輸入同時系統裝載了電池模式:

  當系統接入了外部電源輸入時,ETA6953會開啟內部LDO和所有的偏置電源。此時,ETA6953將會在內部BUCK電路工作前檢測和設定系統的最大輸入電流。ETA6953的上電順序如下:

  1.   給VLDO上電;
  2. Poor Source Qualification;
  3.   輸入電流檢測,通過PSEL引腳設定預設的輸入電流(也可通過IINDPM暫存器來進行更精細的設定);
  4.   輸入電壓閾值設定(受到VINDPM暫存器控制);
  5.   啟動內部BUCK電壓轉換。

  

  VLDO啟動條件:

  當系統滿足以下條件時,VLDO就會啟動:

  1.   VAC超過3.65V時;
  2.   在BUCK模式下VAC超過Vbat(電池電壓)+Vsleep(休眠電壓,200mV)或在BOOST模式下VAC低於Vbat+Vsleep。

  在這兩個條件滿足之後,VLDO就會立馬啟動。

  

  電源檢測:

  在VLDO上電之後,ETA6953會檢測輸入電源的過流能力。要使ETA6953啟動內部BUCK降壓器,輸入電源必須滿足以下條件:

  1、VLDO使能後延時200ms;

  2、VAC電壓低於VAC過壓保護閾值;

  3、輸出30mV拉電流之後VAC電壓仍高於3.8V。

  如果在30ms內電源檢測失敗,ETA6953會每隔2S再檢測一次。如果輸入電源滿足以上所有條件,狀態暫存器VBUS_GD就會被設定為高,nINT引腳將會給主機發送脈衝訊號。

  

  輸入電源型別檢測:

  在VBUS_GD被設定之後,ETA6953將會通過PSEL引腳進行輸入電源型別檢測。完成輸入電源型別檢測之後,輸入電源限制暫存器將會被改寫,限制電流大小。PG_STAT和VBUS_STAT就會被更新。

  通過PSEL引腳設定輸入電源限制:

  ETA6953可以通過PSEL引腳來限制輸入電流。當ETA6953工作在預設模式時,輸入電流會限制在0.5A(PSEL高電平)或2.4A(PSEL低電平)。當ETA6953在主裝置模式下,輸入電流限制會通過IINDPM來設定。但是如果在主裝置模式下,主機將IINDET_EN寫1,ETA6953的輸入電流限制將會強制按照PSEL引腳的設定來,並且按照PSEL引腳設定重寫IINDPM。在此之後,IINDET_EN就會自動清0。這樣IINDPM暫存器的值就會和PSEL引腳設定保持一致(0.5A或2.4A)。

  BUCK電源啟動:

  在設定輸入電流之後,ETA6953將會啟動HSFET和LSFET。ETA6953將會提供軟起動、VSYS短路保護的功能。軟起動之後,就會開啟BATFET,啟動充電程式。

  軟起動功能將會使系統電源軌傾斜上升。當系統電壓低於2.2V時,電流將被限制在200mA,或通過IINDPM來限制電流。當系統電壓超過2.2V之後,系統電流按照IINDPM暫存器的值來限制。作為電池充電器,ETA6953擁有一個1.5Mhz 高效的降壓穩壓器。ETA6953內部的晶體將會在各種情形下都嚴格控制開關頻率。

  為了提高輕載模式的效率,ETA6953會切換到PFM控制,當電池電壓低於最小系統電壓,或者充電停止。在PFM控制期間,ETA6953的開關週期會通過SYS和VBUS的電壓比值設定。PFM_DIS暫存器用來失能PFM控制,這樣就能避免BUCK或BOOST模式裡出現PFM控制。

  BOOST電源啟動:

  ETA6953提供了一個最大輸出1.2A的BOOST電源,當系統滿足以下條件時,將會啟動BOOST電源:

  1、VBAT電壓超過退出BOOST模式電壓閾值

  2、VBUS低於VBAT+VSLEEP;

  3、OTG_OCNFIG = 1;

  4、TS引腳在可接受的輸入範圍(VBHOT<VTS <VBCOLD)。

  處於BOOST模式時,狀態暫存器VBUS_STAT被設定為111,VBUS輸出為5.15V,預設為1.5Mhz頻率下輸出。輸出電流最大可達到1.2A,通過IIC來限制輸出大小(BOOST_LIM暫存器)。當BAT電壓超過VOTG_BAT電壓閾值時,

只有堅強的人才能溫柔的對待一切,努力做一個堅強的人