如何在鋰離子電池設計中實(shí)現運輸節電模式

您是否有印象，許多電池供電的電子玩具在電池上有一個(gè)小型塑料拉片（如圖1），將其拉下后這些玩具才開(kāi)始動(dòng)起來(lái)？這是關(guān)閉電池至產(chǎn)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”。

本文將介紹什么是運輸節電模式，以及如何在產(chǎn)品中使用此功能來(lái)提供最佳用戶(hù)體驗。雖然本文主要將使用德州儀器電池充電管理集成電路作為示例，但您可將這些概念應用于正在開(kāi)發(fā)的任何低功耗系統。

圖 1：拉動(dòng)電池供電產(chǎn)品上的拉片

什么是運輸節電模式，為何需要它？

運輸節電模式是產(chǎn)品消耗最低電池電流的狀態(tài)。消費者希望在購買(mǎi)電池供電產(chǎn)品后能夠立即使用它們。這意味著(zhù)電池在運輸期間和保質(zhì)期內必須保持一定容量，這可能需要幾個(gè)月甚至更長(cháng)時(shí)間。

鋰離子電池已成為設計師的熱門(mén)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，您不能在使用鋰離子電池的產(chǎn)品上放置塑料拉片。因此出于安全考慮，您希望避免使用這些電池。這意味著(zhù)我們需要找到替代解決方案，以便在處于通斷狀態(tài)的產(chǎn)品中實(shí)現運輸節電功能。

您可能想知道為何當“運輸節電”只發(fā)生一次時(shí)您就應該關(guān)注運輸節電模式，但這并不完全正確。運輸節電模式是產(chǎn)品消耗最低靜態(tài)電流的狀態(tài)，同時(shí)等待用戶(hù)按下按鈕導通產(chǎn)品。例如，德州儀器的BQ25120A主動(dòng)監控待插入的適配器或按鈕輸入，同時(shí)消耗2 nA的典型電流。

我們經(jīng)常建議設計人員在產(chǎn)品即將出廠(chǎng)裝箱、產(chǎn)品正在使用且電池電量不足、以及產(chǎn)品正在使用且用戶(hù)想關(guān)閉產(chǎn)品時(shí)實(shí)施運輸節電模式。

BQ25120A系列產(chǎn)品充電器的運輸節電模式使用按鈕接口實(shí)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(hù)按下/MR按鈕時(shí)，產(chǎn)品將退出運輸節電模式。

您無(wú)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(jiàn)。若開(kāi)關(guān)暴露給用戶(hù)，您可選擇使用瞬態(tài)電壓抑制二極管進(jìn)行保護。/MR管腳上的低電壓讀數轉換為“ 按下按鈕”動(dòng)作。連接到微控制器（MCU）以驅動(dòng)/MR管腳時(shí)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(lái)模擬無(wú)按鈕系統中MCU的“按壓”動(dòng)作。

圖 2：/MR管腳上的內部上拉

當產(chǎn)品即將裝箱時(shí)，EN_SHIPMODE命令通過(guò)I2C發(fā)送，器件等待進(jìn)入運輸節電模式，直至VIN（充電器）斷開(kāi)，如圖3所示。

圖 3：工廠(chǎng)生產(chǎn)線(xiàn)運輸節電模式圖例

我看到生產(chǎn)線(xiàn)上存在很多挑戰。在實(shí)驗室中運行很有效，但在一條生產(chǎn)線(xiàn)上每小時(shí)生產(chǎn)幾百種產(chǎn)品時(shí)，這可能是另一回事。產(chǎn)品處在夾具上，若VIN適配器未彈回，裝配工無(wú)法正確拉出產(chǎn)品。當VIN看似重新插回時(shí)，充電器將退出運輸節電模式。這種情況下，如何確保產(chǎn)品處于運輸節電模式？

答案很簡(jiǎn)單：VIN存在時(shí)，設置EN_SHIPMODE命令。一旦產(chǎn)品離開(kāi)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(dòng)，以顯示該器件確實(shí)進(jìn)入了運輸節電模式。

圖 4：一家帶有彈性適配器的工廠(chǎng)中的運輸節電模式圖例

當產(chǎn)品電池電量不足時(shí)，通常最好的掉電方式是保留一些備用容量，然后進(jìn)入運輸節電模式。當用戶(hù)按下按鈕時(shí)，器件可以讀取電池電量。若電池電量過(guò)低，產(chǎn)品可能會(huì )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(shí)，可使用單個(gè)寄存器寫(xiě)入發(fā)送運輸節電模式命令，如圖6所示。

圖 5：產(chǎn)品喚醒程序

圖 6：通過(guò)I2C命令進(jìn)入運輸節電模式

此外，要創(chuàng )建電源通斷按鈕，您仍然可使用/MR管腳，通過(guò)配置MRREC寄存器以進(jìn)入運輸節電模式，并編程按鈕的持續時(shí)間，以確定需要保持低電平的時(shí)長(cháng)；您剛剛創(chuàng )建了一個(gè)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