如何在锂离子电池设计中实现运输节电模式

您是否有印象，许多电池供电的电子玩具在电池上有一个小型塑料拉片，将其拉下后这些玩具才开始动起来？这是关闭电池至产品有源电路的连接的一种方式，且是最早的一种“运输节电模式”。

本文将介绍什么是运输节电模式，以及如何在产品中使用此功能来提供最佳用户体验。虽然本文主要将使用德州仪器电池充电管理集成电路作为示例，但您可将这些概念应用于正在开发的任何低功耗系统。

什么是运输节电模式，为何需要它？

运输节电模式是产品消耗最低电池电流的状态。消费者希望在购买电池供电产品后能够立即使用它们。这意味着电池在运输期间和保质期内必须保持一定容量，这可能需要几个月甚至更长时间。

锂离子电池已成为设计师的热门选择，因为它们可充电、支持高功率要求且极其轻便。但是，与非充电电池不同，您不能在使用锂离子电池的产品上放置塑料拉片。因此出于安全考虑，您希望避免使用这些电池。这意味着我们需要找到替代解决方案，以便在处于通断状态的产品中实现运输节电功能。

您可能想知道为何当“运输节电”只发生一次时您就应该关注运输节电模式，但这并不完全正确。运输节电模式是产品消耗最低静态电流的状态，同时等待用户按下按钮导通产品。例如，德州仪器的BQ25120A主动监控待插入的适配器或按钮输入，同时消耗2 nA的典型电流。

我们经常建议设计人员在产品即将出厂装箱、产品正在使用且电池电量不足、以及产品正在使用且用户想关闭产品时实施运输节电模式。

BQ25120A系列产品充电器的运输节电模式使用按钮接口实现，如图2所示。按钮输入（/MR）在内部上拉至VBAT管脚。当器件处于运输节电模式且用户按下/MR按钮时，产品将退出运输节电模式。

您无需在此管脚上使用电容，因为信号在内部已消除故障，但通常其在某些原理图中可见。若开关暴露给用户，您可选择使用瞬态电压抑制二极管进行保护。/MR管脚上的低电压读数转换为“ 按下按钮”动作。连接到微控制器（MCU）以驱动/MR管脚时要小心，因为/MR管脚上的电压被拉至电池电压本身。通常采用N通道金属氧化物半导体来模拟无按钮系统中MCU的“按压”动作。

图 2：/MR管脚上的内部上拉

当产品即将装箱时，EN_SHIPMODE命令通过I2C发送，器件等待进入运输节电模式，直至VIN（充电器）断开，如图3所示。

图 3：工厂生产线运输节电模式图例

我看到生产线上存在很多挑战。在实验室中运行很有效，但在一条生产线上每小时生产几百种产品时，这可能是另一回事。产品处在夹具上，若VIN适配器未弹回，装配工无法正确拉出产品。当VIN看似重新插回时，充电器将退出运输节电模式。这种情况下，如何确保产品处于运输节电模式？

答案很简单：VIN存在时，设置EN_SHIPMODE命令。一旦产品离开为VIN供电的夹具，将/CD管脚抬升，以执行运输节电模式命令，且在装箱前将器件置于运输节电模式，如图4所示。在所有这些序列中，/MR被推动，以显示该器件确实进入了运输节电模式。

图 4：一家带有弹性适配器的工厂中的运输节电模式图例

当产品电池电量不足时，通常最好的掉电方式是保留一些备用容量，然后进入运输节电模式。当用户按下按钮时，器件可以读取电池电量。若电池电量过低，产品可能会显示警告并返回到运输节电模式，如图5所示。例如，使用BQ25120A时，可使用单个寄存器写入发送运输节电模式命令，如图6所示。

图 5：产品唤醒程序

图 6：通过I2C命令进入运输节电模式

此外，要创建电源通断按钮，您仍然可使用/MR管脚，通过配置MRREC寄存器以进入运输节电模式，并编程按钮的持续时间，以确定需要保持低电平的时长；您刚刚创建了一个断电按钮。若要重新唤醒，请再次按下按钮，如图7所示。

图 7：电源通断按钮

审核编辑：郭婷