如何在锂离子电池设计中实现运输节电模式

作者:德州仪器Gautham

您是否有印象,许多电池供电的电子玩具在电池上有一个小型塑料拉片(如图1),将其拉下后这些玩具才开始动起来?这是关闭电池至产品有源电路的连接的一种方式,且是最早的一种“运输节电模式”。 

本文将介绍什么是运输节电模式,以及如何在产品中使用此功能来提供最佳用户体验。虽然本文主要将使用德州仪器电池充电管理集成电路作为示例,但您可将这些概念应用于正在开发的任何低功耗系统。

1:拉动电池供电产品上的拉片

什么是运输节电模式,为何需要它?

运输节电模式是产品消耗最低电池电流的状态。消费者希望在购买电池供电产品后能够立即使用它们。这意味着电池在运输期间和保质期内必须保持一定容量,这可能需要几个月甚至更长时间。 

锂离子电池已成为设计师的热门选择,因为它们可充电、支持高功率要求且极其轻便。但是,与非充电电池不同,您不能在使用锂离子电池的产品上放置塑料拉片。因此出于安全考虑,您希望避免使用这些电池。这意味着我们需要找到替代解决方案,以便在处于通断状态的产品中实现运输节电功能。

您可能想知道为何当“运输节电”只发生一次时您就应该关注运输节电模式,但这并不完全正确。运输节电模式是产品消耗最低静态电流的状态,同时等待用户按下按钮导通产品。例如,德州仪器的BQ25120A主动监控待插入的适配器或按钮输入,同时消耗2 nA的典型电流。

我们经常建议设计人员在产品即将出厂装箱、产品正在使用且电池电量不足、以及产品正在使用且用户想关闭产品时实施运输节电模式。

BQ25120A系列产品充电器的运输节电模式使用按钮接口实现,如图2所示。按钮输入(/MR)在内部上拉至VBAT管脚。当器件处于运输节电模式且用户按下/MR按钮时,产品将退出运输节电模式。

您无需在此管脚上使用电容,因为信号在内部已消除故障,但通常其在某些原理图中可见。若开关暴露给用户,您可选择使用瞬态电压抑制二极管进行保护。/MR管脚上的低电压读数转换为“ 按下按钮”动作。连接到微控制器(MCU)以驱动/MR管脚时要小心,因为/MR管脚上的电压被拉至电池电压本身。通常采用N通道金属氧化物半导体来模拟无按钮系统中MCU的“按压”动作。 

2/MR管脚上的内部上拉

当产品即将装箱时,EN_SHIPMODE命令通过I2C发送,器件等待进入运输节电模式,直至VIN(充电器)断开,如图3所示。

3:工厂生产线运输节电模式图例

我看到生产线上存在很多挑战。在实验室中运行很有效,但在一条生产线上每小时生产几百种产品时,这可能是另一回事。产品处在夹具上,若VIN适配器未弹回,装配工无法正确拉出产品。当VIN看似重新插回时,充电器将退出运输节电模式。这种情况下,如何确保产品处于运输节电模式?

答案很简单:VIN存在时,设置EN_SHIPMODE命令。一旦产品离开为VIN供电的夹具,将/CD管脚抬升,以执行运输节电模式命令,且在装箱前将器件置于运输节电模式,如图4所示。在所有这些序列中,/MR被推动,以显示该器件确实进入了运输节电模式。

4:一家带有弹性适配器的工厂中的运输节电模式图例

当产品电池电量不足时,通常最好的掉电方式是保留一些备用容量,然后进入运输节电模式。当用户按下按钮时,器件可以读取电池电量。若电池电量过低,产品可能会显示警告并返回到运输节电模式,如图5所示。例如,使用BQ25120A时,可使用单个寄存器写入发送运输节电模式命令,如图6所示。

 图 5:产品唤醒程序

6:通过I2C命令进入运输节电模式

此外,要创建电源通断按钮,您仍然可使用/MR管脚,通过配置MRREC寄存器以进入运输节电模式,并编程按钮的持续时间,以确定需要保持低电平的时长;您刚刚创建了一个断电按钮。若要重新唤醒,请再次按下按钮,如图7所示。

7:电源通断按钮

希望本文能让您了解如何使用充电器上的某些功能,并准备好在您的下一个产品中实现运输节电模式!如有任何问题,请访问德州仪器在线支持社区论坛。 

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