要怎么樣在鋰離子電池設計中實現運輸節電模式？

2021-04-24 ryder

您是不是有印象，許多電池供電的電子玩具在電池上有一個小型塑料拉片（如圖1），將其拉下后這些玩具才開始動起來？這是封閉電池至產品有源電路的連接的一種方式，且是最早的一種“運輸節電模式”。

本文將解析什么是運輸節電模式，以及要怎么樣在產品中使用此功能來供應最佳用戶體驗。雖然本文緊要將使用德州儀器電池充電管理集成電路作為示例，但您可將這些概念使用于正在開發的任何低功耗系統。

圖1：拉動電池供電產品上的拉片

什么是運輸節電模式，為甚么要它？

運輸節電模式是產品消耗最低電池電流的狀態。消費者希望在購買電池供電產品后能夠立即使用它們。這意味著電池在運輸期間和保質期內非得保持一定容量，這可能要幾個月甚至更長時間。

鋰電池已成為設計師的熱門選擇，因為它們可充電、支持高功率要求且極其輕便。但是，與非充電電池不同，您不能在使用鋰電池的產品上放置塑料拉片。因此出于安全考慮，您希望戒備使用這些電池。這意味著我們要找到替代處理辦法，以便在處于通斷狀態的產品中實現運輸節電功能。

您可能想知道為甚么當“運輸節電”只發生一次時您就應當關注運輸節電模式，但這并不完全正確。運輸節電模式是產品消耗最低靜態電流的狀態，同時等待用戶按下按鈕導通產品。例如，德州儀器的BQ25120A主動監控待插入的適配器或按鈕輸入，同時消耗2nA的典型電流。

我們常常提議設計人員在產品即將出廠裝箱、產品正在使用且電池電量不足、以及產品正在使用且用戶想封閉產品時執行運輸節電模式。

BQ25120A系列產品充電器的運輸節電模式使用按鈕接口實現，如圖2所示。按鈕輸入（/MR）在內部上拉至VBAT管腳。當器件處于運輸節電模式且用戶按下/MR按鈕時，產品將退出運輸節電模式。

您無需在此管腳上使用電容，因為信號在內部已消除故障，但通常其在某些原理圖中可見。若開關暴露給用戶，您可選擇使用瞬態電壓抑制二極管進行保護。/MR管腳上的低電壓讀數轉換為“按下按鈕”動作。連接到微控制器（MCU）以驅動/MR管腳時要小心，因為/MR管腳上的電壓被拉至電池電壓本身。通常采用N通道金屬氧化物半導體來模擬無按鈕系統中MCU的“按壓”動作。

圖2：/MR管腳上的內部上拉

當產品即將裝箱時，EN_SHIpMODE命令通過I2C發送，器件等待進入運輸節電模式，直至VIN（充電器）斷開，如圖3所示。

圖3：廠加工線運輸節電模式圖例

我看到加工線上存在很多挑戰。在試驗室中運行很有效，但在一條加工線上每小時加工幾百種產品時，這可能是另一回事。產品處在夾具上，若VIN適配器未彈回，裝配工無法正確拉生產品。當VIN看似重新插回時，充電器將退出運輸節電模式。這種情況下，要怎么樣確保產品處于運輸節電模式？

答案很簡單：VIN存在時，設置EN_SHIpMODE命令。一旦產品離開為VIN供電的夾具，將/CD管腳抬升，以執行運輸節電模式命令，且在裝箱前將器件置于運輸節電模式，如圖4所示。在所有這些序列中，/MR被推動，以顯示該器件實在進入了運輸節電模式。

圖4：一家帶有彈性適配器的廠中的運輸節電模式圖例

當產品電池電量不足時，通常最好的掉電方式是保留一些備用容量，然后進入運輸節電模式。當用戶按下按鈕時，器件可以讀取電池電量。若電池電量過低，產品可能會顯示警告并返回到運輸節電模式，如圖5所示。例如，使用BQ25120A時，可使用單個寄存器寫入發送運輸節電模式命令，如圖6所示。

圖5：產品喚醒程序

圖6：通過I2C命令進入運輸節電模式

此外，要創建電源通斷按鈕，您依然可使用/MR管腳，通過配置MRREC寄存器以進入運輸節電模式，并編程按鈕的繼續時間，以確定要保持低電平的時長；您剛剛創建了一個斷電按鈕。若要重新喚醒，請再次按下按鈕，如圖7所示。

圖7：電源通斷按鈕

希望本文能讓您知道要怎么樣使用充電器上的某些功能，并準備好在您的下一個產品中實現運輸節電模式！如有任何問題，請訪問德州儀器在線支持社區論壇。