摘 要：bq2058T/X主要用于2－4节锂离子电池组的充放电控制和保护。本文介绍了bq2058T/X的主要性能、工作原理及设计参数,并重点给出了bq2058T/X组成的锂离子电池充放电路及电路原理分析。
关键词：bq2058T； 锂离子电池组； 欠压； 过压； 过流； 过压； 充放电保护
1. 概述
锂离子电池是新一代可再充电电池，平均电压高(3.6V/3.7V/3.8V)，是镍镉、镍氢电池的三倍，且具有体积小、重量轻、性能比高、无记忆效应、无环境污染等优点。将电池串联和并联构成锂离子电池组，可满足各种电子设备的供电需求。
bq2058T/X专门用于锂离子电池的串联组合，其中，bq2058T可实现两节锂离子电池的串联；bq2058X可实现三节或四节锂离子电池的串联。极低的工作电流使得电池组在储藏期间不会过放电，也不会增加系统的有效放电负载。在电池组内部，bq2058T/X是低损耗充放电控制和保护系统的一部分。
bq2058T/X控制两只外部MOSFET开关管，从而限制充放电电压和电流，允许在每单节电池电压低于VCE(充足电电压值)时充电。如果其中任何一节电池电压超过VOV(过压门限值)时，充电控制FET关断电池组，停止充电，这个功能将防止电池组内部任何一节电池的过压充电，可保证电池组的充电安全。过压条件发生之后，每一节电池电压必须下降到低于VCE，bq2058T/X才能恢复允许充电。
bq2058T亦可防止电池组过放电，当任何一节电池电压下降到低于VUV(欠压门限值)时，放电控制FET关断，切断电池组的放电回路，这一功能将防止电池内部任何一节电池的过放电。
在放电过程中，当bq2058T/X检测电池组过流放电时，如负载短路等，放电FET也会关断电池组，使电池组停止放电直到短路或过流状态消除为止。
2. bq2058T主要性能
bq2058T锂离子电池组充放电保护器的性能特点如下：
●单个检测和保护两节串联锂离子电池组，防止过压和欠压；
●检测电池组放电电流，防止过流放电；
●外部元件少；
●与锂离子电池组合设计；
●可驱动外部MOSFET控制开关；
●过压门限值可选择，bq公司对该产品的标准编程值VOV为4.25V；
●典型电源电流为12μA；
●睡眠电流0.7μA；
●采用16脚SOIC封装。
3. 引脚功能描述
bq2058T的引脚排列如图1所示，其功能说明如下：
CHG：充电控制输出脚，用于控制充电FET开关管以实现电池组的充电保护。该脚为高电平时，FET导通，充电允许；该脚为低电平时，FET截止，充电停止。
CTL：电池组回路关断输入脚。该脚由外部输入电平控制，高电平时，bq2058T的 DSG脚和CHG脚的输出均为低电平，因而强行关断电池组充放电回路，低电平时，bq2058正常工作，它的工作时序图如图2所示。
VSS：低电平输入端(电源负极)；
CSL：过流检测低输入端，该脚接在低边FET(检测电组)与BAT2N之间，以便检查电池组的放电电流。
BAT2N：电池2负极输入(5、6、7三脚)，该脚接到电池负端。
BAT1N：电池1负极输入，接在电池1负极和电池2正极之间。
DSG：放电控制输出脚，用于控制放电FET开关管以实现电池组的放电保护。该脚为高电平时，FET导通，允许电池组放电；该脚为低电平时，FET关断，电池组停止放电。
UVD：欠压延时输入，该脚接一个外部电容到VCC，以设置欠压延迟时间TUVD。
OVD：过压延时输入，该脚接一个外部电容到VCC，以设置过压延迟时间TOVD。
OCD：过流延时输入，该脚接一个外部电容到VCC，以设置过流延迟时间TOCD。
VCC：电源正极。
CSH：过流检测高边输入，该脚接在高边FET(或检测电组)和BAT1P之间，能在电池组的正极检测电池组的放电电流。
BAT1P：电池1正极输入，该脚接电池组正端。
4. 工作时序图
图2为bq2058T的工作时序图，说明如下：
0：所有电池电压均低于欠压门限VUV值，DSG脚为低电平，电池组关断。bq2058T处于低功耗睡眠状态；
1：外接充电电源，在CSL端与BAT2N端电位差大于70mV时，DSG变成高电平，电池组开始充电；
2：一节或多节电池电压等于过压门限值VOV，bq2058T进入过压延时期；
3：过压延时等于TOVD时，bq2058T的CHG变成高阻(低电平)，电池组停止充电；
4：所有电池电压均低于VCE时，CHG变成高电平；
5：负载停止充电；
6：任何一种过流条件被检测到后，bq2058T进入过流延时期；
7：过流延时等于TOCD时，DSG变成低电平；
8：过流状态撤除，DSG变成高电平；
9：CTL脚输入高电平，CHG和DSG驱动无效(低电平)；
10：CTL脚输入低电平，CHG和DSG驱动有效(恢复正常功能)；
11：一节或多节电池电压低于VUV，系统进入欠压延时期；
12：欠压延时等于TUVD时，DSG变成低电平，bq2058T进入低功耗睡眠状态。
5. 应用电路及功能
图3所示为bq2058T组成的充放电保护器的应用电路，其中，Q1、Q2分别为充电和放电FET开关管，电容C1～C4分别用于设置各种保护的延迟时间。R1为充电脚下拉电阻，R2通过Q2的导通电阻R(ON)将放电电流转换成电压送到过流检测输入端CSL。现对该电路各部分的功能做些析。
5.1 门限电压
bq2058T可监视锂离子电池组的各状态值。其中有过压VOV、欠压VUV、过流电压(VOCH、VOCL)、充足电电压VCE和充电检测电压(VCD)等。
bq2058T对每一节电池抽样检测时间为60ms，每个抽样值是完全不同的测量，在抽样期间，bq2058T将测量值与这些门限值进行比较，决定VOV、VUV和VCE是否存在。过流和充电检测是非抽样状态值，属于连续检测。
5.2 低功耗睡眠模式
bq2058T以两种不同的方式进入睡眠模式，一是最初接通电源，在第一次将电池组连接到bq2058T时，DSG脚输出低电平，bq2058T将进入低功耗睡眠模式；二是在检测到一种欠压状态之后。当bq2058T进入低功耗睡眠状态时，DSG输出低电平。这时系统消耗电流为0.7μA(典型值)，只有当一个有效充电检测VCD存在时，bq2058T才能从睡眠状态退出。
5.3 充电检测
bq2058T连续监视CSL与BAT2N(或CSH与BAT1N)之间的压差，情况正常时，满足充电的条件为：
CSL<BAT2N－70mV(VCD)
CSH>BAT1P＋70mV(VCD)
该条件可使DSG输出高电平，以允许电池组充电，如图2所示，这一任务要靠外部充电电源才能完成。
5.4 欠压(电流过放电)
在放电过程中，当任何一节电池电压下降到VUV门限值以下，且保持时间超过用户的设置的延迟时间TOVD时，DSG脚输出低电平，电池组停止放电，bq2058T进入低功耗睡眠模式。
5.5 过压(或过压充电)
在充电过程中，当任何一节电池电压上升超过VOV门限值，且保持时间超过用户设置时间TOCD时，CHG脚进入高阻态(低电平)。由于充电控制输出时是一个漏极开路电路，CHG脚到电池组负极之间需要一个下拉电阻，当CHG脚为高阻时，这个下拉电阻给充电FET一个低电平，停止电池组充电直到一个有效和充足电条件存在为止。
注意：如果任何一节电池引脚浮起(BAT1P、BAT1N、BAT2N)，则bq2058T均把它视为一种过压故障。由于各制造厂家规范的过压门限VOV不同，bq2058T具有各种不同的VOV选择权，bq2058T的门限值为4.25V，而bq2058TR为4.35V。
过压门限值是由bq公司设置的，bq2058T是标准选择。
5.6 充足电电压VCE
一个有效和充足电状态表示过压状态不存在和准备好接受进一步充电。一旦过压保护开始工作，电池组将停止充电直到所有电池电压降低到VCE为止。VCE是与VOV不同的充电门限限制。其值如下：
VCE=VOV－150mV
5.7 过流保护
bq2058T仅在放电条件下，当负载过流(或短路)时进行保护。当过流或短路发生，且保持时间超过延迟时间TOCD时，过流保护工作。确认过流的条件是过流检测输入端CSL和CSH的电压满足下述条件：CSL>BAT2N＋VOCL
CSH<BAT1P－BOCH
其中：VOCL=60mV(低边检测)；VOCH=160mV(高边检测)，当某过流情况发生时，DSG保持低电平直到过流状态消除，电池组继续放电。
高边过流检测时，可将CSH接电池BAT1P，这要保证CSH端电压不会大于BAT1P端。如果高边检测不行须须采用CSL低边检测。
控制充电放电的FET通过CHG脚和DSG脚影响过流电平，确定过流电平时，FET和导通电阻R(ON)亦需要考虑。
5.8 保护延迟时间
保护延迟时间是bq2058T检测出过压、欠压或过流到CHG和DSG输出响应之间的时间，其值由VCC脚到OVD、UVD和OCD之间的电容决定：
TOCD：t(s)=1.2C(μF)
0.001μF<C<0.1MF；
TOVD和TUVD：t(s)=9.5C(μF)
0.001μF<C<1μF；
bq2058Tr的过流、过压及欠压等典型参数值如表1所列。
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