회사 블로그 TI BQ24250 전원 경로 관리와 함께 고도로 통합된 단일 셀 리온 이온 배터리 충전기

Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd.는 전력 경로 관리 기능을 갖춘 고집적 단일 셀 리튬 이온 배터리 충전기인 TI BQ24250을 공급합니다.

BQ24250은 텍사스 인스트루먼트(TI)에서 출시한 고집적 단일 셀 리튬 이온/리튬 폴리머 스위치 모드 충전기로, 휴대용 소형 전자 기기에 특화되어 설계되었습니다. 이 칩은 동기식 벅 충전 아키텍처, 지능형 전력 경로 관리 시스템, 다단계 충전 제어 및 포괄적인 안전 보호 회로를 통합합니다. 추가적인 복잡한 주변 회로 없이 단일 셀 리튬 배터리의 안전하고 효율적인 충전 및 시스템 전원 공급 전환을 가능하게 합니다. 공간이 제한적이고 전원 공급 안정성에 대한 요구 사항이 높은 휴대용 장치에 완벽하게 적합하며, 소비자용 휴대용 전자 제품의 주류 충전 관리 솔루션입니다.

I. BQ24250의 핵심 포지셔닝 및 근본적인 장점
BQ24250은 전용 충전 관리 IC인 BQ2425x 시리즈의 일부입니다. 단일 입력 전원 공급 장치 설계를 특징으로 하며, USB 포트 및 AC 주 전원 어댑터를 포함한 다양한 표준 전원 입력과 호환되며 최대 2A의 충전 전류를 지원하여 충전 효율과 전력 소비 제어의 균형을 맞춥니다. 기존의 개별 충전 솔루션과 비교할 때, 이 칩의 핵심 장점은 높은 통합 수준과 독립적인 전력 경로 관리 아키텍처에 있으며, 이는 기존 충전기의 '배터리가 시스템 부하보다 우선시되는' 문제점을 완전히 해결합니다. 동시에 PCB 레이아웃을 단순화하고 하드웨어 개발 비용을 절감하며 완제품의 전력 소비를 낮춥니다.

BQ24250은 1.5MHz의 고정 스위칭 주파수로 작동하며, 초박형 1.2mm 인덕터와 함께 사용할 수 있어 슬림하고 가벼운 휴대용 장치의 구조 설계 요구 사항을 충족합니다. 독립적인 I²C 통신 인터페이스를 지원하여 충전 매개변수의 프로그래밍 가능한 구성 및 작동 상태의 실시간 보고를 가능하게 하여 스마트 장치의 정밀한 전력 관리 요구 사항을 충족합니다. 또한 호스트 컨트롤러 없이 기본 작동을 허용하는 독립 작동 모드를 지원하여 다양한 간단하고 스마트한 장치 애플리케이션에 적합합니다.

II. BQ24250의 주요 하드웨어 기능 및 핵심 매개변수

2.1 유연한 입력 전류 범위 구성
BQ24250은 여러 입력 전류 제한 범위 간의 전환을 지원합니다. 하드웨어 구성 또는 I²C 프로그래밍을 통해 100mA, 500mA, 900mA, 1.5A 및 2A로 설정할 수 있습니다. USB 2.0, USB 3.0 및 표준 어댑터와 같은 다양한 용량의 전원 입력과 완벽하게 호환되며, 입력 과부하 및 공급 불안정성을 방지하기 위해 전원의 출력에 자동으로 적응합니다. 또한 저전력 어댑터를 지원하여 장치 액세서리의 비용을 절감합니다.

2.2 고효율 동기식 벅 충전 아키텍처
이 칩은 동기식 스위칭 벅 충전 토폴로지를 사용합니다. 선형 충전 솔루션에 비해 충전 중 열 방출을 크게 줄이고 고전압 입력을 저전압 충전으로 변환할 때 변환 효율을 크게 향상시킵니다. 이는 장치의 온도 상승을 효과적으로 최소화하고 전반적인 시스템 안정성을 향상시킵니다. 충전 전압은 단일 셀 리튬 이온 배터리 표준을 정확하게 준수하며, 높은 전압 조절 정확도로 과충전 및 과방전을 효과적으로 방지하면서 배터리의 사이클 수명을 보장합니다.

2.3 초저전력 소비 작동
이 칩은 저전력 절전 모드를 통합합니다. 장치가 충전 중이 아니거나 부하가 없을 때 자동으로 저전력 대기 상태로 전환됩니다. 매우 낮은 정적 전력 소비로 비활성 기간 동안 배터리 자체 방전을 효과적으로 줄여 장치의 대기 배터리 수명을 연장합니다. 이는 웨어러블 장치 및 휴대용 테스트 장비와 같은 저전력, 장기 대기 장치에 적합합니다.

III. BQ24250의 핵심 기능: 지능형 전력 경로 관리(NVDC 아키텍처)
전력 경로 관리는 BQ24250의 가장 독특한 기능입니다. Narrow Voltage DC Control(NVDC) 아키텍처를 활용하고 Dynamic Power Path Management(DPPM) 회로를 통합하여 지능적으로 전원 공급 경로를 전환하여 입력 전원 공급 장치, 배터리 및 시스템 부하 간의 동적 전력 할당을 달성함으로써 휴대용 장치의 전원 공급 논리를 철저히 최적화합니다.

3.1 배터리 없음 또는 심각한 방전 상태에서의 즉시 전원 켜기 기능
기존 충전 칩은 배터리가 심각하게 방전되었거나 없는 경우 시스템 부하에 전원을 공급할 수 없어 장치가 시작되지 않습니다. 반대로, BQ24250의 전력 경로 아키텍처는 배터리가 없거나 배터리가 심각하게 방전된 상태에서도 즉시 시작할 수 있습니다. 외부 전원 공급 장치에 연결되면 입력 전원이 배터리 없이 시스템 부하에 직접 전원을 공급하여 장치의 작동 유연성을 크게 향상시키고 장치 디버깅, 비상 사용 및 배터리 교체와 같은 시나리오에 적합합니다.

3.2 동적 전력 할당 및 배터리 재충전
이 칩은 내장된 실시간 전류 및 전압 모니터링 회로를 통합하여 입력 전원 공급 장치의 출력 용량과 시스템 부하의 전력 소비를 지속적으로 모니터링합니다. 순간적인 피크 부하가 입력 전원 공급 장치의 공급 용량을 초과하면 전력 경로 관리 시스템이 자동으로 배터리 재충전 모드를 트리거하여 배터리가 입력 전원 공급 장치와 함께 작동하여 시스템에 전원을 공급합니다. 이를 통해 최대 부하에서도 장치의 안정적인 작동을 보장하고 순간적인 전력 소비 피크로 인한 장치 재부팅 또는 충돌과 같은 문제를 방지합니다.

반대로, 입력 전원 공급 장치가 충분하면 시스템은 외부 소스의 전원을 우선적으로 사용하며, 남은 전력은 전적으로 배터리 충전에 사용됩니다. 이를 통해 동시 전원 공급 및 충전이 가능하여 입력 전력 활용을 극대화하고 충전 및 전원 공급 효율을 모두 향상시킵니다. 동시에 이 메커니즘을 통해 장치를 더 낮은 와트수의 어댑터와 페어링할 수 있어 장치 구성 요소의 전반적인 크기와 비용을 줄일 수 있습니다.

3.3 시스템 전압 안정화 보호
이 칩은 시스템 출력 전압(SYS 핀)을 실시간으로 모니터링합니다. 부하의 갑작스러운 변화로 인해 시스템 전압이 최소 임계값(VMINSYS)까지 떨어지면 DPPM 회로가 자동으로 충전 전류를 줄여 시스템 전원 공급을 우선적으로 공급하고 작동 전압을 안정화하여 전압 변동이 장치의 메인 컨트롤러 및 센서와 같은 정밀 부품의 작동에 영향을 미치는 것을 방지하여 작동 안정성을 크게 향상시킵니다.

IV. BQ24250 4단계 표준 리튬 이온 배터리 충전 프로세스
BQ24250은 단일 셀 리튬 이온 배터리에 대한 표준 충전 논리를 엄격하게 준수하며, 트릭클 충전, 사전 충전, 정전류 고속 충전 및 정전압 종료의 네 가지 단계로 구성됩니다. 전체 프로세스에 걸쳐 지능적인 제어를 통해 새 배터리, 심각하게 방전된 배터리 및 오래된 배터리를 포함한 다양한 상태의 배터리를 수용하여 충전 속도와 배터리 안전성 간의 균형을 맞춥니다.

4.1 트릭클 충전 단계
전압이 매우 낮거나 심각하게 방전된 배터리의 경우, 칩은 저전류 트릭클 충전을 시작하여 배터리 셀을 점진적으로 재활성화하고 방전된 배터리의 활성 물질을 복원합니다. 이는 직접적인 고전류 충전으로 인한 과열, 팽창 및 손상과 같은 문제를 방지하여 후속 고속 충전을 위한 안전한 기반을 마련합니다.

4.2 사전 충전 단계
배터리 전압이 임계값까지 회복되면 사전 충전 단계가 시작됩니다. 충전 전류가 점진적으로 증가하여 배터리의 전압과 내부 저항을 안정화하고, 셀 전압 변동을 제거하며, 정전류 고속 충전 단계에서 비정상적인 전류를 방지하고, 충전 프로세스 전반에 걸쳐 원활한 전환을 보장합니다.

4.3 정전류 고속 충전 단계
배터리 전압이 정상 범위에 도달하면 시스템은 고전류 정전류 충전 단계로 진입합니다. 설정된 최대 충전 전류로 에너지가 지속적으로 공급되어 배터리의 충전 수준을 신속하게 높이고 전체 충전 시간을 크게 단축하며 고용량 리튬 이온 배터리의 고속 충전 요구 사항을 충족합니다.

4.4 정전압 종료 단계
배터리 전압이 완전 충전 임계값에 가까워지면 시스템은 정전압 충전 모드로 전환됩니다. 배터리가 포화 상태에 도달함에 따라 충전 전류가 점진적으로 감소합니다. 전류가 종료 임계값까지 떨어지면 충전이 자동으로 중지되어 과충전 위험을 완전히 제거하고 충전 폐쇄 루프를 정확하게 완료하며 배터리의 사이클 수명을 보호합니다.

V. BQ24250 포괄적인 안전 보호 메커니즘
BQ24250은 완전한 하드웨어 수준의 안전 보호 회로를 통합하여 외부 보조 보호 부품이 필요 없습니다. 충전 및 전원 공급 프로세스 중 다양한 위험을 포괄적으로 완화하여 장치와 배터리 모두의 안전성을 향상시키고 휴대용 장치의 안전 인증 표준을 충족합니다. 주요 보호 기능은 다음과 같습니다:

- 과전압 보호: 입력 과전압, 배터리 과전압 및 시스템 출력 과전압에 대한 삼중 보호. 한계를 초과하면 전원 공급 장치 및 충전 회로가 즉시 분리됩니다;
- 과전류 보호: 입력 전류 제한, 충전 과전류 및 부하 단락 과전류 보호를 통해 비정상적인 전류가 칩 및 주변 부품을 손상시키는 것을 방지합니다;
- 과열 보호: 내장된 온도 모니터링은 칩 접합 온도가 한계를 초과하면 자동으로 전력을 줄이거나 충전을 중지하고, 온도가 떨어진 후 자동으로 작동을 재개합니다;
- 단락 보호: 시스템 부하 또는 배터리 포트의 단락에 대한 즉각적인 전원 차단 보호를 통해 단락으로 인한 화재 또는 부품 손상 위험을 제거합니다;
- 충전 시간 초과 보호: 각 충전 단계에 대한 시간 초과 감지 메커니즘이 있어 배터리가 비정상 상태에 갇혀 발생하는 장기간의 과충전 또는 '유령 충전'을 방지합니다.

VI. BQ24250의 주요 적용 시나리오
고집적, 소형, 고안정성 및 지능형 전력 관리의 핵심 장점을 바탕으로 BQ24250은 단일 셀 리튬 배터리로 구동되는 다양한 슬림형 휴대용 전자 제품에 널리 사용됩니다. 일반적인 응용 분야는 다음과 같습니다: 스마트 웨어러블 장치(피트니스 트래커, 스마트워치), 휴대용 테스터, 무선 블루투스 이어폰 충전 케이스, 소형 스마트 홈 장치, 휴대용 소비자 전자 제품 및 휴대용 의료 기기. 이는 컴팩트하고 안정성이 높은 휴대용 장치의 충전 관리용 칩입니다.

VII. BQ24250 요약
고성능 단일 셀 리튬 이온 배터리 충전 관리 IC인 TI BQ24250은 NVDC 지능형 전력 경로 관리를 핵심 하이라이트로 특징으로 하며, 전원 공급과 충전 간의 충돌, 낮은 부하 안정성, 배터리 없이 전원을 켤 수 없는 문제와 같은 기존 충전 솔루션과 관련된 업계의 문제점을 해결합니다. 또한, 고집적 하드웨어 설계, 4단계 정밀 충전 논리, 포괄적인 안전 보호 및 프로그래밍 가능한 매개변수 구성과 같은 장점을 활용하여 개발 용이성, 장치 안정성 및 배터리 수명 간의 균형을 맞춥니다. 다양한 경량, 지능형 휴대용 전자 장치의 전원 공급 및 충전 요구 사항에 완벽하게 적합하며 엔지니어링 응용 분야에 탁월한 가치를 제공합니다.