复合线路滤波器与应用

复合线路滤波器及其应用摘要：在分析了锂离子电池的充电过程和bqTINY-II系列电源管理芯片功能特点的基础上，设计出了一种以bq24020芯片为核心的电源管理模块，并详细介绍了该模块的功能和工作原理。关键词：锂电池；USB电源；恒流充电；恒压充电0

引言

便携式电子产品以电池作为电源。随着便携式产品的迅猛发展，各种电池的用量大增，并且开发出许多新型电池。近年来开发的高能量密度的锂离子电池具有体积小、容量大、待机时间长等特性，非常适合便携式系统的应用。

在便携式电子产品的设计过程中，其电源管理模块的设计是十分重要的，因为这关系到整个系统工作的稳定性、持续性及快速恢复的能力问题。尤其是在使用锂电池作为系统电源时，其电源管理模块的作用更加突现。本文针对锂电池充电的特点，介绍了一种基于bqTINY-II的便携式电子心音检测仪电源管理模块解决方案。1

锂离子电池充电过程

锂系列（锂离子或锂聚合物）电池的充电过程分为3个阶段，如图1所示。

图1

三阶段充电流程图

第一阶段为检验和预充电阶段。该阶段主要的任务是：验证电池的温度并将其调整到适合快速充电的范围内；检测电池电压并将其提高到一个安全水平。温度检验和预充电提高了电池的安全性和使用寿命。

第二阶段将以“1C”或略低的电流进行恒流充电。一旦电池达到它的电压限幅4.1V或4.2V，则已完成对大约70％的容量的充电，并进入第三阶段充电。

第三阶段是对电池进行恒压充电，为了使安全性和电量达到最大化，需要将充电电压稳定在±1％的精度内。在恒压充电阶段，充电电流逐渐变小，并且在大多数情况下，当这个充电电流接近快速充电电流的10％，即C/10时，充电过程就结束了。2

基于bqTINY-II的电源管理模块炸

b睛qTINY背-II是T阵I推出的电予池充电管理栗芯片，它为攀电源系统设汉计人员带来挂一套集成解培决方案。该杰芯片将自动单电源选择、驴功率FET讨和电流传感源器、高精准蛾度的稳流和篮稳压能力、上充电状态显史示和充电中舅止等功能集马为一体。它详的一个重要奸特点是其可士以选择两种表充电模式，逗支持目前流轰行的USB每接口充电。唱峰

b阿qTINY育-II支持屠三阶段的充绵电程序如图港1所示，包睁括预充电调折节阶段、恒内流充电阶段予以及许多设屈备制造商都倚要求的高精单准度恒压充煎电阶段。b它qTINY贤-II的功抗耗极低，当勤系统未连接静至电源时，母bqTIN亦Y-II就埋会进入低功丙耗休眠模式打，它此时只暗会从电池汲梦取非常少的避电量。首2.1

蛋

示意电伴路图夸

该座方案的示意薯电路如图2础所示，该原形理图以bq英24020直芯片为核心母，配以必要冠的外围元器炕件。由于b辫q2402停0芯片的高妖集成化，使福得所需的外慢围元器件大进大减小，只农需要3颗滤水波电容和1腾颗用于设置坡AC预充率洗的电阻即可动。

裹图2

岂bq24猾020的电浮源管理示意驶图扒

图疲2所示电源抢管理模块有始4个输入接笨口，4个输便出接口和一猫个公共地。乔其中4个输哪入接口为：注交流适配器扶AC接口、蓄USB取电址接口、充电支使能信号C探E、USB望充电点设置命；4个输出忠接口为：电慕源输出、电毅源温度信号趋输出、2个扇充电状态指丝示输出。腰

面惑向应用系统剧的6个接口剂的参数说明薪如下：岛

V代CC为电池伯电压输出口筹，本电源模扑块通过该口屑输出电流，市向应用系统缴供电。记

T伍S为电源温虚度状态信号辨输出，该信年号由电池舱络内的10k金Ω的负温度轰系数电热调幼节器所产生忍。应用系统艰可以通过将链该接口的电夫压与电源地脂相比较来判锁断电源目前杰温度状况。死吊

C尚E为bqT校INY-I谎I芯片的使怎能控制信号捆，该信号为吴低电平时充载电电路工作晶，高电平时紧芯片停止工蚁作并进入低银功耗休眠模得式。匀

I洁SET2接户口用于控制统USB充电超时的参数选事择。由于U能SB接口分乘为大功率（误500mA仰）和小功率踩（100m蚀A）两种，刻因此系统必下须对其进行族识别。识别声完成后系统完可以送低电风平信号到该搏接口，使得颈芯片选择1违00mA模治式进行充电沾或者送高电另平选择50黄0mA。如狗果系统不想刃使用USB违模式进行充坦电，可以将蕉该接口置为赠高阻态。尾

S青TAT1和专STAT2背为充电状态纲显示信号输稿出，该信号熊可以直接驱吴动多个LE组D进行状态供指示或送至燕主处理器供震其作进一步谦处理。翠2.2

愧

功能描岔述宿

1斩）三阶段充橡电自动控制疫功能绢

检测测电池的电距压，如果低炒于预定阈值筐电压，就要字先进行涓流慨充电，即电污池预充阶段惕；幕

电绣池电压上升键到预设值（锄一般设为2败.9V）时岸，充电方式跨改为全电流友充电，即进共入恒流充电息阶段；乘

当吵电池电压达净到最大电压慌（锂离子电枣池一般为4吨.2V）时隙，开始改为腐恒压充电，从此时充电电仗流逐渐降低仍，进入恒压晴充电阶段；澡皮

当悟电流逐渐减尿小到预设值葬时，充电过跃程结束。历

2绒）供电电源辜自动选择掌

b句qTINY跃-II支持墨两种电源输钓入，默认的他是把AC适窗配器作为输办入源。如果比没有AC适谨配器，芯片滴就会选择U项SB作为输攀入电源。如刺果两种输入培都存在，则闷优先选择A泳C适配器。洽伟

3艘）电池过热秀保护功能辨

b耀qTINY潜-II通过寨测量脚TS愈和VSS之魄间的电压来登监测电池的贺温度。bq规TINY-付II内部含萍有一个电流聪源，利用这哲个电流源为酸10kΩ的低负温度系数盘电热调节器蝶提供偏置。枕bqTIN收Y-II通路过比较脚T事S和内部的屑阈值电压馋V纵LTF丈、犁V兆HTF睬来决定是否轿进行充电。养当拐V给TS破<傍V刺HTF庭或河V杰TS销>毒V鸡LTF泊时，就会停漏止充电。b睁qTINY炕-II只是婚通过关闭电贪源的FET挖来暂时停止尊充电时，并式没有重新设闪置定时器。菊当温度恢复晚到正常值时双，充电就会处继续。用户者可以通过两弯个额外的电侨阻来改变温库度范围，如梅图3所示。图

吓图3温度传览感器范围调应节养

4挨）电池预充使机制泪

在予一个充电周菊期中，如果普电池电压低雨于示V鲁LOWV坚，bqTI专NY-II手就会利用预麦充电流杆I雷o(PRE部CHG)县来对电池充隶电，这样就私可把电池中推过度放电的所离子激活。殃在ISET来1、VSS线之间的电阻扒R希SET遣决定了预充斥率。这种特谋性对于AC谈和USB充况电都适用。蝴内

b怠qTINY着-II会在灶预充电期间绕设置一个定居时器。如果职在这个定时衬器设置的时缸间内电池电勿压没有达到技V晓（LOWV那）福，bqTI凉NY-II陆将会停止充防电，并且在径脚STAT颜x上显示出文错信息。季

5此）充电电压言自动控制功装能待

b卷qTINY孩-II的脚圆OUT直接诵和电池的正休极相连，芯马片通过此引妥脚采集电池某的反馈电压述，然后比较葵采集回的反霉馈电压和V峡SS引脚之三间的电压差俗值，从而完池成对电池电元压的监测。上当电池的电哲压上升到仓V惕o(REG黄)属时，恒压充牛电开始，充辣电电流开始骨减小。蜡

为泉了安全起见享，在充电期咬间bqTI冒NY-II仿也监视充电缓时间。如果待在规定的充以电时间啊t乖(CHG)圈期间未完成勺充电，bq猴TINY-欺II将会停荷止充电，并木且在STA匠Tx引脚显仙示出错信息尺。欣

6桶）充电状态联监测（自动棕终止和重新蛙充电功能）结思

在风恒压充电阶坛段bqTI击NY-II推一直监视充塘电电流。一话旦预设的缩I床(TAPE庄R)桃被检测到，裁bqTIN燥Y-II就陪启动TAP波ER定时器挡（见图1）糖。当规定的垮时间到达后蝶，充电过程萍结束。连接污在ISET挡1和VSS罚之间的电阻择R漂SET扰决定了TA考PER的长千短。消

如叮果充电电流消恢复到奏I呈（TAPE躺R）贯，bqTI母NY就会重睬置Tape炼r定时器。近另外，如果栗充电电流小驻于视I晒（TEMP她）不，则会终止捕充电。这样吵就可以快速仙识别出电池橡的移出和已侵经充好的电日池的插入。纪注意，这种伟特性就会使拔充电计时器值和Tape丝r定时器失仁去效用。连握接在脚IS喊ET1和V晨SS之间的趋电阻观R拨SET典决定了TA附PER电流兵的检测门限骡。靠

充但电完成后，绝bqTIN烧Y-II一浙旦检测到脚住OUT的电途压低于宴V孔RCH语，就会重新魔启动充电。设这样就会让慰电池一直处旁于满充的状步态。苏

7凭）自动休眠苏功能除

当停系统没有连卡接AC和U海SB电源时堆，bqTI蜻NY-II溜就会使模块含进入低功耗持休眠模式。刘这种特性可堤以防止没有碧外部输入时婚电池漏电。头崇

8编）充电状态醉信号输出星

表勤1列出了S驳TAT1和罪STAT2秩的输出所表幸示的充电状锅态。这些状弹态引脚输出举的信号可以浪用于驱动多历个LED或货送至主处理床器作进一步拼处理。垦表1

级充电状态碎输出信号表麻将充电状态皂STAT1苦窗STAT2巩样正在进行预撤充洞ON盯ON雁正在进行快沸充测ON蜂OFF期充电结束扛OFF笑ON树充电延缓（炊超温）文OFF取OFF国定时器故障证识OFF用OFF喷休眠模式评OFF鲜OFF健＊OFF是匆指芯片输出锹通道晶体管洪对STAT面1或STA削T2引脚处淋于关闭状态顶昼2.3

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工作流佩程图箱

电肉源管理模块均的工作流程挥如图4所示羽。当有外部蠢电源（AC飘或USB）急输入，且模说块使能信号铲CE为低电检平时，芯片冬开始工作。宫服图4

猴模块工作摄流程图驳

芯桌片首先比较并输入电压饺V棍IN秀与电池电压惭V自OUT少的高低。如敲果茧V深OUT激高于步V讨IN胶则说明电池寸处于满充状奖态，此时电远池不需充电需，芯片转入进休眠状态，末否则进入充础电程序。划

进吨入充电程序谋后模块首先攀检测电池电约压纵V功OUT眼是否高于进单行电池快充忆所需电压怕V肚LOWV诱，如果满足约条件则进入洪电池快充程劲序，即高精贿确准度恒压未充电。否则印模块对电池木进行预充，事即涓流充电四，直到电池会电压上升到怠V须LOWV济以上才进入悬快充程序。秤模块进入预胖充或快充程础序时都会设兰置相应的计主时器，以保土护电池不被碌过充，提高辜电池使用寿稼命。冠

电赔池如果预充宇超时，则模公块进入充电控错误处理程减序，并在脚拐STATx换输出出错信线息。模块首土先检测电池臂是否可用，式即检测电池话电压婚V蔑OUT容是否大于预耀先设定的电趴池再充电压降V蔑RCH化。条件满足和则充电程序馅重新开始，饼否则激活计总时器错误恢粱复电流等待饶条件满足。事狸

如伙果在恒流或伤恒压充电阶挽段计时器超白时，则模块洲进入充电错讽误处理程序狱。如果在恒三压充电后期播电流逐渐减裳小到规定值赌阶段计时器狡超时，则充茂电程序结束享。漆3

谢应用实例款

便户携式电子心邀音诊断仪是猫一种手持式凝心音辅助诊受断设备，具穴有体积小、勾重量轻、使胆用方便、检园测迅速、结俊果准确等优豆点，为医务义工作者工作某效率的提高糟起到了重要惜作用。本文像介绍的电源基管理模块在泽该设备的设岔计方案中得降到了应用。漠该设备使用框一块锂电池劫供电，采用邮bq240暮20作为电移源管理核心轧控制芯片，弱通过STA暮T1和ST桃AT2端口料向系统主控猴芯片输出电僚源状态，系拌统主控芯片品通过输出C坝E信号控制葵bq240丰20进行工耕作，通过设筝置ISET惨2状态对U寸SB充电模另式进行选择腾。系统还可纯以检测TS裂接口信号来盖获得电池温丑度状况。杯4

烦结语杜

b绒qTINY脖-II的各炕项新特性使粒便携产品的愤充电控制和名供电管理设划计更加容易屈，对电池的口保护也更加炭完善，无论镇从成本、性剖能还是系统韵可靠性方面瘦来衡量，用葛bqTIN存Y-II来送设计的电源串管理模块都哀能满足需求精。本文所介苹绍的电源管额理模块采用俯bqTIN泪Y-II系画列芯片为核劣心，这是一翅种低成本锂摔离子充电方路案，可以使矩用廉价的可残插到墙上的解稳压器或者苗使用当前流则行的USB神接口供电。垃由于它的高头集成度和电盾路板占用空袜间小，几乎劝完全消除了盟高端设备的艺功率耗散问懒题，是一种佛理想的便携貌式设备电源分管理模块。亭沈电子产品为务实现小型、泥轻便和低功痰耗,现已普寸遍采用晒开关电源妖。但是,由宝于搅开关电源荡电路造成城哪市电网高次澡谐波污染,腐易导致交流勒市电供电设秀施烧毁,为秤此,世界各误国都按照I劈EC-6邀1000-房3-2语规格,对漫开关电源菠的高次谐波亡污染严加限旅制。在21音世纪国际市啦场上流通的侄开关电源淘产品,必须康符合IEC傻-6珠1000-独3-2愤规格要求。兼球在开发抑制酬高次谐波的烛开关电源殊过程中,普哨遍遇到的棘惧手问题,即度产生出新的礼干扰,致使功噪音对策复若杂化。本文稿介绍一种复贯合线路滤波申器(Lin炸eFil誉ter),蝶它能消除开赠关电源高次撑谐波对策中衣出现的共态驻噪声(Co绿mmon该Mode胸Noise妈)和常规模猛式噪音(N警ormal富Mode型Nois旗e),特别音是能充分发忙挥仍开关电源围高次谐波对黎策(有源滤族波方式)的球威力。鸽一、新问题卫及其对策担为解决点开关电源邪对市电网的见高次谐波污撞染问题,电狂子产品制造闭厂商开发出扁很多肥开关电源铜的输入电路唇,可归纳为股如下的两类泊:(1)扼买流圈输入(连Choke闻Inpu能t)电路是蛇电源(Pa淡ssive粒)对策方式斑;(2)有眉源滤波器电列路是属于有狐源(Act仙ive)对磁策方式。这痛两种电路分荣别如图1(蒜a)和图1电(b)所稍示;其中,置图1(a)戒所示的扼流期圈输入电路若,由于扼流扫圈体积庞大厚而且笨重,甜应用上有很赶大局限性;渡图1(b)签所示的有源棕滤波器电路捉的优点是抑得制高次谐波看十分有效,此而且便于实竿现小型化和谋轻便比,很庸遣憾的是也弦有美中不足待。省1.新问题仗板有源滤波器港电路在解决冻高次谐波方蝴面值得称道踢,但它导致针产生新的干最扰问题:(缺1)共态噪肚声—它是在娱信号线与地村线之间产生课干扰,由于别在信号线间火这种噪声的薄相位和振幅怒都是共同的免,故叫作共驴态噪声;(菠2)常规模外式噪声—它沈是在线与线循之间产生的知干扰,故亦亚称线间噪声稠,不平衡噪寨声或差动噪牛声等。共态献噪声和常规丘模式噪声的早传播通路分王别如图2(王a)和图2格(b)所示鸟,在匀开关电源捡高次谐波对算策电路里,辛这两种噪声蚕都很大,必隶须采取新的聚抑制措施。死

芒2.噪声滤牲波器电路扑鉴于防止高蚂次谐波的暖开关电源欧常用有源滤硬波器方式,歌以下主要介隔绍该方式里嚼出现的噪声唤应如何采取季相应的对策勺。但是,各钉个厂家为了够使其产品符筝合限制噪声登电平的要求烛,往往采取衔各种各样的许噪声对策。桃本文因篇幅阴所限,不能蠢一一介绍。另以下,仅就羊标准的噪声牛滤波电路,差作简单说明垂。失一般AC电偿源的噪声滤帐波器电路,变如图3(a深)所示。其滑中,Lc是赏消除低频带嫩共态噪声的敏线路滤波器籍(共态扼流联圈),通常耍共态电感中炒约有1%左谦右的常规模凤式电感成份似,多少也有汤点消减常规刺模式噪声的悔作用。图3扯(a)中的抄Cx是担负叉消减低频带晨常规模式噪伪声的跨线电庆容器(Ac恭ross违theL畜ineC丧onden严ser)(辟简称x电容增器),Cy虚是消除高频美带共态噪声磨的线路旁路绩电容器(简俯称y电容器飘);由于它片们是配置在由信号线与地方线之间,对斗于削减常规毁模式噪声也使多少有些贡李献。实际上确,这种线路拌滤波器里也燕包含有常规遇模式电感哪成份,确切洽地表示时请骗参阅图3(稳b)所示的戴等效电路。棵由克服漠开关电源丰高次谐波问锤题,有源滤废波器方式的掩开关电源裹电路是很实影用的。但是裹,它带来擦的常规模式撇噪声成份也棵确实不少。焰当这种噪声凭衰减不够充瑞分时,不得底不附加上常狱规模式扼流缝圈,详见图危3(c)所两示。一波未考平,一波又而起。一旦又蛇附加上常规药模式扼流圈斑,使滤波器聋电路里的电屈子元器件个割数增加,焊割点加多,体碎积膨胀,都调成为急待解节决的新课题造。此外,也淡有要在线路骑滤波器上追网加x电容器吐的情况,这妖时随之而来凳的是成本、邀重量和面积忘等都相应增何加。摆二、复合线浸路滤波器装为了解决上慕述的新课题肿,日本松下改电器采取复渗合线路滤波晴器设计、制冈造方法,获铺得满意的结今果。它是以死已有的线路震滤波器(共久态扼流圈线景圈)为基础脂,扩充有常公规模式扼流泥圈线圈,形霉成复合滤波半器可以削减骗电子元件连取接点数和节啦省空间。推1.基本结优构犹通过在以往失的线路滤波帖器的绕线骨跪架里嵌入磁签性元件,设傍计出兼备形衡成标准模式蹄电感的磁路加。在考虑铁竹芯磁饱和条棍件下,对共僻态电感和标塑准模式电感良进行综合平宾衡设计。松耽下电器公司牵成功地设计金、制造出线耍路滤波器带匀有两个常规鹅模式扼流圈贯的一体化复键合线路滤波改器新产品,兽堪称是功能叠综合,结构矮紧凑,小型旗轻便。剪2.新产品梯规范及其特桌点柄松下电器公枕司开发的诸25C剧型复合线路滨滤波器的系好列规范如表罗1所示。用液户可根据自液身的机器产谁品开发需求今,从均25C蔽型复合线路拳滤波器系列误产品中自由区选购。暴25C殿型复合线路津滤波器系列抗产品是在充团分仔细分析轧标准滤波握器原理的基悼础上,合理沿地吸收以往毛的线路滤