مدونة الشركة حول B

توفر شركة Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd. TI BQ24250، وهو شاحن بطارية ليثيوم أيون أحادي الخلية متكامل للغاية مع وظيفة إدارة مسار الطاقة.

BQ24250 عبارة عن شاحن وضع تبديل ليثيوم أيون/ليثيوم بوليمر أحادي الخلية متكامل للغاية أطلقته شركة Texas Instruments (TI)، وهو مصمم خصيصًا للأجهزة الإلكترونية المحمولة والمصغرة. تدمج الشريحة بنية شحن متزامنة ونظام إدارة مسار الطاقة الذكي والتحكم في الشحن متعدد المراحل ومجموعة شاملة من دوائر حماية السلامة. فهو يتيح الشحن الآمن والفعال لبطاريات الليثيوم أحادية الخلية وتبديل مصدر طاقة النظام دون الحاجة إلى دوائر طرفية معقدة إضافية. وهو مناسب تمامًا للأجهزة المحمولة ذات المساحة المحدودة والمتطلبات العالية لاستقرار مصدر الطاقة، مما يجعله الحل الرئيسي لإدارة الشحن للمنتجات الإلكترونية المحمولة الاستهلاكية.

I. تحديد المواقع الأساسية والمزايا الأساسية لBQ24250
يعد BQ24250 جزءًا من سلسلة BQ2425x من الدوائر المتكاملة المخصصة لإدارة الشحن. يتميز بتصميم مزود طاقة بمدخل واحد، وهو متوافق مع مختلف مدخلات الطاقة القياسية، بما في ذلك منافذ USB ومحولات التيار المتردد، ويدعم تيار شحن أقصى يبلغ 2 أمبير، مما يوازن بين كفاءة الشحن والتحكم في استهلاك الطاقة. بالمقارنة مع حلول الشحن المنفصلة التقليدية، تكمن الميزة الرئيسية للرقاقة في مستواها العالي من التكامل وبنية إدارة مسار الطاقة المستقلة، والتي تحل تمامًا نقطة الألم لأجهزة الشحن التقليدية حيث "تأخذ البطارية الأولوية على حمل النظام". وفي الوقت نفسه، فإنه يبسط تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور، ويقلل من تكاليف تطوير الأجهزة ويقلل من استهلاك الطاقة للجهاز النهائي.

يعمل BQ24250 بتردد تحويل ثابت يبلغ 1.5 ميجاهرتز ويمكن إقرانه بمحثات رفيعة للغاية مقاس 1.2 مم، مما يلبي متطلبات التصميم الهيكلي للأجهزة المحمولة الرفيعة وخفيفة الوزن. وهو يدعم واجهة اتصال I²C مستقلة، مما يتيح تكوينًا قابلاً للبرمجة لمعلمات الشحن والإبلاغ في الوقت الفعلي عن حالة التشغيل، وبالتالي تلبية متطلبات إدارة الطاقة الدقيقة للأجهزة الذكية. كما أنه يدعم وضع التشغيل المستقل، مما يسمح بالتشغيل الأساسي دون الحاجة إلى وحدة تحكم مضيفة، مما يجعله مناسبًا لمجموعة واسعة من تطبيقات الأجهزة البسيطة والذكية.

ثانيا. وظائف الأجهزة الرئيسية والمعلمات الأساسية لـ BQ24250

2.1 تكوين نطاق الإدخال الحالي المرن
يدعم BQ24250 التبديل بين نطاقات حدود الإدخال الحالية المتعددة. من خلال تكوين الأجهزة أو برمجة I²C، يمكن ضبطه على 100 مللي أمبير، و500 مللي أمبير، و900 مللي أمبير، و1.5 أمبير، و2 أمبير. وهو متوافق تمامًا مع مدخلات الطاقة ذات السعات المختلفة، مثل USB 2.0 وUSB 3.0 والمحولات القياسية، ويتكيف تلقائيًا مع مخرج مصدر الطاقة لمنع الحمل الزائد للمدخل وعدم استقرار الإمداد. كما أنه يدعم المحولات منخفضة الطاقة، مما يقلل من تكلفة ملحقات الجهاز.

2.2 بنية شحن باك المتزامنة عالية الكفاءة
تستخدم الشريحة طوبولوجيا الشحن المتزامن للتبديل. بالمقارنة مع حلول الشحن الخطي، فإن هذا يقلل بشكل كبير من تبديد الحرارة أثناء الشحن ويحسن بشكل كبير من كفاءة التحويل عند تحويل مدخلات الجهد العالي إلى شحن منخفض الجهد. وهذا يقلل بشكل فعال من ارتفاع درجة حرارة الجهاز ويعزز استقرار النظام بشكل عام. يتوافق جهد الشحن بدقة مع معيار بطاريات الليثيوم أيون أحادية الخلية، مع دقة تنظيم الجهد العالي، مما يمنع بشكل فعال الشحن الزائد والشحن الناقص مع ضمان عمر دورة البطارية.

2.3 تشغيل استهلاك الطاقة المنخفض للغاية
تتضمن الشريحة وضع السكون منخفض الطاقة؛ عندما لا يتم شحن الجهاز أو بدون تحميل، فإنه يدخل تلقائيًا في حالة استعداد منخفضة الطاقة. مع استهلاك الطاقة الساكنة المنخفض للغاية، فإنه يقلل بشكل فعال من التفريغ الذاتي للبطارية أثناء فترات عدم النشاط، وبالتالي إطالة عمر البطارية الاحتياطية للجهاز. وهذا يجعلها مناسبة للأجهزة منخفضة الطاقة وطويلة الاستعداد مثل الأجهزة القابلة للارتداء وأدوات الاختبار المحمولة.

ثالثا. الوظيفة الأساسية للطراز BQ24250: الإدارة الذكية لمسار الطاقة (بنية NVDC)
تعد إدارة مسار الطاقة هي الميزة الأكثر تميزًا في BQ24250. باستخدام بنية التحكم في الجهد الكهربي الضيق (NVDC) ودمج دائرة إدارة مسار الطاقة الديناميكية (DPPM)، فإنه يقوم بتبديل مسارات مصدر الطاقة بذكاء لتحقيق تخصيص ديناميكي للطاقة بين مصدر طاقة الإدخال والبطارية وتحميل النظام، وبالتالي تحسين منطق مصدر الطاقة للأجهزة المحمولة بشكل كامل.

3.1 وظيفة التشغيل الفوري في ظروف نقص البطارية أو تفريغها بعمق
رقائق الشحن التقليدية غير قادرة على توفير الطاقة لحمل النظام عندما تكون البطارية فارغة تمامًا أو غائبة، مما يمنع الجهاز من بدء التشغيل. وفي المقابل، تتيح بنية مسار الطاقة في BQ24250 بدء التشغيل الفوري حتى في حالة عدم وجود بطارية أو عندما تكون البطارية فارغة تمامًا. عند الاتصال بمصدر طاقة خارجي، تقوم طاقة الإدخال بتزويد حمل النظام مباشرة دون الحاجة إلى البطارية، مما يعزز بشكل كبير المرونة التشغيلية للجهاز ويجعله مناسبًا لسيناريوهات مثل تصحيح أخطاء الجهاز والاستخدام في حالات الطوارئ واستبدال البطارية.

3.2 تخصيص الطاقة الديناميكية وإعادة شحن البطارية
تشتمل الشريحة على دوائر مراقبة التيار والجهد المدمجة في الوقت الفعلي والتي تراقب بشكل مستمر سعة الإخراج لمصدر طاقة الإدخال واستهلاك الطاقة لحمل النظام. عندما يتجاوز الحمل الأقصى الفوري قدرة الإمداد لمصدر طاقة الإدخال، يقوم نظام إدارة مسار الطاقة تلقائيًا بتشغيل وضع إعادة شحن البطارية، حيث تعمل البطارية جنبًا إلى جنب مع مصدر طاقة الإدخال لتشغيل النظام. وهذا يضمن التشغيل المستقر للجهاز عند التحميل الكامل ويمنع حدوث مشكلات مثل إعادة تشغيل الجهاز أو الأعطال الناجمة عن الذروة اللحظية لاستهلاك الطاقة.

على العكس من ذلك، عندما يكون مصدر طاقة الإدخال كافيًا، يعطي النظام الأولوية للطاقة من المصدر الخارجي، مع استخدام أي طاقة فائضة بالكامل لشحن البطارية. وهذا يتيح إمداد الطاقة والشحن في وقت واحد، مما يزيد من الاستفادة من طاقة الإدخال ويعزز كفاءة الشحن وإمدادات الطاقة. وفي الوقت نفسه، تسمح هذه الآلية بإقران الجهاز بمحول منخفض القوة الكهربائية، مما يقلل الحجم الإجمالي وتكلفة مكونات الجهاز.

3.3 حماية استقرار جهد النظام
تراقب الشريحة جهد خرج النظام (دبوس SYS) في الوقت الفعلي. إذا تسبب التغيير المفاجئ في الحمل في انخفاض جهد النظام إلى الحد الأدنى (VMINSYS)، فإن دائرة DPPM تقلل تلقائيًا تيار الشحن لتحديد أولويات مصدر طاقة النظام، مما يؤدي إلى استقرار جهد التشغيل ومنع تقلبات الجهد من التأثير على تشغيل المكونات الدقيقة مثل وحدة التحكم الرئيسية وأجهزة الاستشعار بالجهاز، وبالتالي تعزيز الاستقرار التشغيلي بشكل كبير.

رابعا. BQ24250 عملية شحن بطارية ليثيوم أيون قياسية بأربع مراحل
يلتزم BQ24250 بشكل صارم بمنطق الشحن القياسي لبطاريات الليثيوم أيون أحادية الخلية، والذي يتكون من أربع مراحل: الشحن المتتابع، والشحن المسبق، والشحن السريع بالتيار المستمر، وإنهاء الجهد الثابت. ومن خلال التحكم الذكي طوال العملية بأكملها، فإنه يستوعب البطاريات في حالات مختلفة - بما في ذلك الخلايا الجديدة والمفرغة بشدة والخلايا القديمة - مما يحقق التوازن بين سرعة الشحن وسلامة البطارية.

4.1 مرحلة الشحن المتتابع
بالنسبة للبطاريات ذات الجهد المنخفض للغاية أو تلك التي تم تفريغها بعمق، تبدأ الشريحة الشحن المتقطع بتيار منخفض لإعادة تنشيط خلايا البطارية تدريجيًا واستعادة المادة النشطة في البطاريات الفارغة. وهذا يمنع حدوث مشكلات مثل ارتفاع درجة الحرارة والتورم والأضرار الناجمة عن الشحن المباشر عالي التيار، وبالتالي وضع أساس آمن للشحن السريع اللاحق.

4.2 مرحلة ما قبل الشحن
بمجرد عودة جهد البطارية إلى الحد الأقصى، تبدأ مرحلة الشحن المسبق. يتم زيادة تيار الشحن تدريجيًا لتحقيق استقرار جهد البطارية ومقاومتها الداخلية، والقضاء على تقلبات جهد الخلية، ومنع التيارات غير الطبيعية أثناء مرحلة الشحن السريع ذات التيار المستمر، وضمان الانتقال السلس طوال عملية الشحن.

4.3 مرحلة الشحن السريع ذات التيار المستمر
بمجرد وصول جهد البطارية إلى النطاق الطبيعي، يدخل النظام في مرحلة الشحن بتيار ثابت عالي التيار. يتم توفير الطاقة بشكل مستمر عند الحد الأقصى لتيار الشحن المحدد لزيادة مستوى شحن البطارية بسرعة، مما يقلل بشكل كبير من وقت الشحن الإجمالي وتلبية متطلبات الشحن السريع لبطاريات الليثيوم أيون عالية السعة.

4.4 مرحلة إنهاء الجهد المستمر
عندما يقترب جهد البطارية من حد الشحن الكامل، يتحول النظام إلى وضع الشحن ذو الجهد الثابت. يتناقص تيار الشحن تدريجيًا مع وصول البطارية إلى مرحلة التشبع؛ عندما ينخفض ​​التيار إلى عتبة الإنهاء، يتوقف الشحن تلقائيًا، مما يزيل تمامًا خطر الشحن الزائد، ويكمل بدقة حلقة الشحن المغلقة ويحمي عمر دورة البطارية.

V.BQ24250 آلية حماية السلامة الشاملة
يتضمن BQ24250 مجموعة كاملة من دوائر حماية السلامة على مستوى الأجهزة، مما يلغي الحاجة إلى مكونات الحماية الإضافية الخارجية. فهو يخفف بشكل شامل من المخاطر المختلفة أثناء عمليات الشحن وإمدادات الطاقة، مما يعزز سلامة كل من الجهاز والبطارية، ويلبي معايير شهادة السلامة للأجهزة المحمولة. تشمل وظائف الحماية الرئيسية ما يلي:

- حماية من الجهد الزائد: حماية ثلاثية ضد الجهد الزائد للمدخل، والجهد الزائد للبطارية، والجهد الزائد لإخراج النظام؛ يتم فصل دوائر إمداد الطاقة والشحن على الفور في حالة تجاوز الحدود؛
- حماية التيار الزائد: الحد من تيار الإدخال، وشحن التيار الزائد وتحميل حماية التيار الزائد للدائرة القصيرة لمنع التيارات غير الطبيعية من إتلاف الرقاقة والمكونات الطرفية؛
- الحماية من درجة الحرارة الزائدة: تعمل مراقبة درجة الحرارة المدمجة تلقائيًا على تقليل الطاقة أو إيقاف الشحن عندما تتجاوز درجة حرارة وصلة الشريحة الحدود، وتستأنف التشغيل تلقائيًا بمجرد انخفاض درجة الحرارة؛
- حماية ماس كهربائى: حماية فورية من انقطاع التيار الكهربائي ضد دوائر القصر في حمل النظام أو منفذ البطارية، مما يمنع خطر الحريق أو تلف المكونات الناتج عن دوائر القصر؛
- حماية مهلة الشحن: توجد آليات للكشف عن مهلة الشحن لكل مرحلة شحن لمنع الشحن الزائد لفترة طويلة أو "الشحن الوهمي" الناجم عن بقاء البطارية عالقة في حالة غير طبيعية.

سادسا. سيناريوهات التطبيق الرئيسية لBQ24250
بفضل مزاياه الأساسية المتمثلة في التكامل العالي والحجم الصغير والاستقرار العالي والإدارة الذكية للطاقة، يتم استخدام BQ24250 على نطاق واسع في العديد من المنتجات الإلكترونية الرفيعة والمحمولة التي تعمل ببطاريات الليثيوم أحادية الخلية. تشمل التطبيقات النموذجية: الأجهزة الذكية التي يمكن ارتداؤها (أجهزة تتبع اللياقة البدنية والساعات الذكية) وأجهزة الاختبار المحمولة وحالات شحن سماعات الأذن اللاسلكية التي تعمل بتقنية البلوتوث والأجهزة المنزلية الذكية الصغيرة والإلكترونيات الاستهلاكية المحمولة والأجهزة الطبية المحمولة. إنها الشريحة المفضلة لإدارة الشحن في الأجهزة المحمولة المدمجة والمستقرة للغاية.

سابعا. ملخص BQ24250
باعتباره IC عالي الأداء لإدارة شحن بطارية ليثيوم أيون أحادية الخلية، يتميز TI BQ24250 بإدارة مسار الطاقة الذكية NVDC كميزة رئيسية، ومعالجة نقاط الضعف الصناعية المرتبطة بحلول الشحن التقليدية، مثل التعارض بين مصدر الطاقة والشحن، وضعف استقرار الحمل، وعدم القدرة على التشغيل بدون بطارية. علاوة على ذلك، فإنه يستفيد من المزايا مثل تصميم الأجهزة المتكامل للغاية، ومنطق الشحن الدقيق رباعي المراحل، وحماية السلامة الشاملة وتكوين المعلمات القابلة للبرمجة، فهو يوازن بين سهولة التطوير واستقرار الجهاز وعمر البطارية. وهو مناسب تمامًا لمتطلبات إمداد الطاقة والشحن لمختلف الأجهزة الإلكترونية المحمولة الذكية وخفيفة الوزن، مما يوفر قيمة استثنائية للتطبيقات الهندسية.