bq25703電源管理晶片電池充放電管理快充晶片PD充電寶晶片

序言：

    寫這篇部落格的主要原因是因為公司的産品涉及到電池充放電管理，而且充電電壓和電池電壓可能會有多種組合，針對這種設計需求，發現目前流行的PD快充協定正好是多級電壓，是以在TI支援PD快充的晶片中選擇支援多節電池充放電管理的晶片。基于上述原因，選擇了國内比較容易買到，價格也适中的bq25703。

    從了解晶片到Demo闆調試基本完成，林林總總共曆時大約1個月，整理成部落格也是為了日後有個參考。

    好了，不多說，踩坑的日志開始~

涉及到的連結：

介紹bq25703：

官方的介紹大家可以參考晶片的DataSheet，我就不複制粘貼了，重點功能如下：

1. 支援1~4節锂電池充電，或者其他自定義充電電壓(1.024V~19.2V)，自定義充電電流(0.064A~8.128A)；
2. 支援3.5V~24V寬電壓輸入
3. 無論是否充電狀态，都可以向系統提供自定義電壓(這裡有坑，後面會說)；
4. 可以反過來向輸入接口輸出自定義電壓（OTG功能），是以常被用來做快充充電寶電源管理晶片（這裡有坑，後面會說）
5. 充放電等詳細設定均通過内部寄存器的配置完成，使用I2C與控制晶片通訊

知道基本功能，下面介紹如何實作這些功能，附上Demo闆的原理圖截圖，後面的設計都會根據這個圖來介紹：

這個圖和DataSheet中的推薦應用圖完全一樣(事實上也沒有自由發揮的空間 (0.0))

簡單介紹一下核心晶片bq25703外圍電路的主要功能：

• P1為電源輸入口，支援3.5V~24V寬電壓輸入，一般接在TYPE-C的接口上，負責充電時的輸入和OTG時的輸出
• R14是自己放置的采樣電阻，後面加上運放後，目的是為了用單片機ADC功能呢擷取到充/放電的電流大小和方向
• ACP與ACN中間的采樣電阻是BQ25703要求的，也是為了采集充放電電流，但實際似乎沒有輸出（後面詳解）
• Q1,Q2,Q3,Q4和L3共同組成BUCK-BOOST升降壓電路，也是整個電路的核心，是以電感的電流盡可能選擇的大一點，當然尺寸也要考慮在内，做Demo闆當然無所謂尺寸，但是日後設計成形産品時，為了能夠整體散熱，能夠讓導熱矽膠盡可能貼合MOS、晶片、電感，最終電感的選型肯定是盡可能的薄
• SYS這個地方就是為整個系統提供自定義電壓的地方，如果是在筆記本或者平闆當中使用，就是為整個主機闆供電的地方
• BAT+就是接電池正極的地方，可以是1~4節锂電池，也可以是特殊電壓
• R20采樣電阻就是BQ25703檢測電池充放電電流的地方
• R23+R24就是負責在電路中設定為幾節锂電池充電，具體的設定方法後面會說，圖上的配置是為兩節電池(8.4V)充電

電池保護部分：

因為Demo闆的設計采用了18650電池，而且是無保護闆的18650，是以需要DW01KA+兩個SC8205S的NMOS作為保護。

實際上，這樣的保護闆常常出現在锂聚合物電池上，那個跟買來的電池總是包在一起的小小的條狀保護闆，基本都是類似的設計，這樣的設計可以實作：

• 防止過充，電池電壓上升超過4.3V就會斷開電流流入電池的通路以阻止繼續充電，但是放電依然暢通
• 防止過放，電池電壓低于3.5V就會斷開電流流出的通路，但是充電通路暢通
• 防止過流，在電流超過2A就會斷開電流流出通路，然後很快恢複，繼續檢測是否過流，反複如此

各部分電壓電流檢測，由單片機内部ADC采樣完成，又快又準：

從上到下依次是：

• 外部接入的電流大小及方向檢測
• 外部接入電壓檢測
• 電池電壓檢測
• 電池充放電電流大小及方向檢測

Q：電流檢測在第二級運放的同相輸入端為什麼要接偏置電阻？

A：因為單片機的ADC隻能檢測0-5V，如果沒有偏置電阻，那麼至少有一個方向的電流是檢測不到大小的，除非增加一路采樣和運放，成本增加不說，還要多一路AD采樣，程式設計和處理都會複雜；而且電流檢測不需要太高精度，偏置後，兩個方向都可以檢測到電流大小，程式設計也友善

Q：為什麼電壓采樣還要用運放，而且是直接電壓跟随，并沒有放大？

A：這裡的運放主要起到保護作用，單片機ADC引腳最高輸入不能超過5V，否則有擊穿風險，是以用運放隔離了采樣電壓，保護晶片

上位機通訊部分：

采用CH340C作為與上位機通訊的序列槽，是因為外部電路太簡單（隻有一個電容），沒有晶振，沒有容易摔壞的風險

主要晶片：

主要晶片用的是新唐的NUC029單片機，采用ARM-M0構架，50MHz主頻，64K程式設計空間，支援序列槽更新，内部EEPROM

軟體部分：

    bq25703這款晶片大部分功能都要通過I2C通訊，修改内部寄存器才能實作，是以務必需要至少一顆邏輯控制晶片負責通訊。

如果沒有主要晶片，就連最基本的充電功能都無法實作（充電電流為0）

I2C的通信形式是标準，在網上有資料，大部分單片機也自帶I2C接口，直接配置單片機寄存器就可以完成通訊

這裡簡單介紹一下通過I2C是如何控制bq25703

指令有兩類：按位址寫入資料，按位址讀取資料

按位址寫入資料：  開始→寫位址+0→從機應答→寫寄存器位址→從機應答→寫寄存器資料→從機應答→結束

按位址讀取資料： 開始→寫位址+0→從機應答→寫寄存器位址→從機應答→ 再次開始→寫位址+1→從機應答→讀取寄存器資料                                 →結束

讀取資料都是一次一個位址讀取的，寫入資料大部分都是直接一次一個位址寫入，但是如下4個寄存器，需要一次寫入兩個位址，而且必須遵循先寫小端，再寫大端的形式，且必須在一次I2C通訊中完成，通訊順序如下：

開始→寫位址+0→從機應答→寫寄存器基址(偶數位址)→從機應答→ 寫低位寄存器資料→從機應答→寫高位寄存器資料→從機應  答→結束

需要這樣操作的特殊寄存器如下：

• ChargeCurrent(0x02,0x03)充電電流
• MaxChargeVoltage(0x04,0x05)充滿電壓
• OTGVoltage(0x06,0x07)反向供電電壓
• InputVoltage(0x0a,0x0b)最小輸入電壓

詳細的寄存器表在DataSheet裡有詳細說明

上位機軟體配合調試：

因為為大量的寄存器需要配置，那麼如果每次試驗資料都是使用序列槽調試，不夠直覺，也不夠友善。

在TI官網上發現一個

這個軟體，是IT官方制作的，支援全系列晶片的寄存器管理軟體，為什麼我不用這個軟體而是自己寫呢？因為這個軟體需要配套一個調試工具，類似燒錄器，已經做好的調試闆在官網也有，但是價格實在比較感人，最終決定自己寫上位機軟體，配合單片機，自己定的協定進行調試，是以這個工具用上，但是可以用來參考

自己做的開發闆使用CH340C序列槽轉USB裝置，通過USB線與電腦相連，在系統中識别為CH340裝置

通過序列槽調試工具，測試進行測試，确定所有寄存器都可以寫入并且讀取到對應的值，那麼就開始上位機的編寫

其實編寫圖形化軟體，作為一個軟體小白，似乎VB，MFC，QT等才是最優先的選擇，但是，既然都是從頭開始，為什麼不選一個更加大膽的選擇呢？

最終決定使用 Electron 開發上位機軟體，效果如下

左側可以看到所有的寄存器都被顯示在表格裡，而且通過顔色差別出目前的狀态，點選可以改變寄存器的數值，實測下來友善了很多

實際調試：

那麼硬體軟體都準備好了，就開始激動人心的測試吧~

我這邊的硬體測試環境除了Demo闆以外，還有一個DC-DC的升降壓可調子產品作為輸入，用來模拟DP快充的多級電壓

插上電池 插上供電 調整輸入為12V 插入上位機USB線 看到調試工具紅紅綠綠的小方塊一個一個出現時，成就感還是很高的

緊接着發現充電電流是0A，VSYS為7.6V(與電池電壓相同)，電池也沒有輸入和輸出電流

拔掉電池後，VSYS輸出為6.14V