BQ2002 Lader/StepUp/KSQ

[Peter M. (Gast)]

Hallo zusammen,

für ein Gestaltungsprojekt plane ich eine Schaltung, welche in möglichst 
geringer Bauhöhe/Größe folgendes realisiert:
Kabellose Stromversorgung für ein Miniatur-LED-Panel.
Daher Akkubetrieb, aufgrund der geringen Bauhöhe und vergleichsweise 
einfachen Handhabung habe ich einen Einzelzell-NiMH Akku ausgewählt.

Prinzip der Schaltung:
Ladespannungsversorgung per USB -> KSQ mit LM317 -> Laderegelung mit 
BQ2002 -> StepUp mit LM2623 -> KSQ mit BCR401.
Dass das vom Wirkungsgrad eine mittlere Katastrophe ist, ist mir 
bewusst, spielt für die "Kunst" aber eine untergeordnete Rolle.
Jetzt habe ich einen ersten Schaltungs&Platinenentwurf erstellt, und bin 
bei der Inbetriebnahme auf ein Problem gestoßen, das ich mir zunächst 
nicht selbst erklären kann.
Was bisher funktioniert:

KSQ mit LM317 liefert bei einer Eingangsspannung von 5VDC einen Strom.
Step-Up mit LM2623 liefert bei einer Eingangsspannung von 1,2VDC eine 
Ausgangsspannung von ca. 8VDC.

Nun wollte ich die Temperaturabschaltung des BQ2002 testen, dabei ist 
mir aufgefallen, dass die Schaltung um den Charge control output nicht 
funktioniert, es zeigt sich folgendes Verhalten:

1. Anlegen 5VDC an VCC
2. nach etwa 1,5...2s leuchtet die Charge Status Indication LED, es 
fließen ca. 150mA, langsam steigend bis 180mA
3. Erhöhen der Temperatur an TH2 führt zu Abschalten der LED, aber der 
Strom fließt weiter, Akku wird also nicht durch Q1 getrennt.

Hier bin ich nun ratlos, woran das liegen kann. Ich habe dem CC-Pin auch 
noch ein C nach Masse zum Entladen spendiert, das ändert leider nichts.

Aus dem Datenblatt:
Charge control output
An open-drain output used to control the charging current to the 
battery. CC switching to high impedance(Z) enables charging current to 
flow, and low to inhibit charging current. CC is modulated to provide 
top-off, if enabled, and pulse trickle.

Nach meinem Verständnis:
CC: Charging enabled - high Z - R10 als PullUp schaltet Q1 durch.
CC: Charging disabled - low - Q1 abgeschalten.

-BATT und GND sind messtechnisch nachvollzogen nicht dauerhauft 
verbunden.
Wo liegt mein Denkfehler? Oder hat der BQ einen Schaden? Hat jemand 
Erfahrungen und oder Tips?


Bitte seid nachsichtig, ist meine erste Laderschaltung...
Freundliche Grüße und Dank fürs Mitdenken.

[Kinzig (Gast)]

Peter M. schrieb:

> 1. Anlegen 5VDC an VCC
> 2. nach etwa 1,5...2s leuchtet die Charge Status Indication LED, es
> fließen ca. 150mA, langsam steigend bis 180mA
> 3. Erhöhen der Temperatur an TH2 führt zu Abschalten der LED, aber der
> Strom fließt weiter, Akku wird also nicht durch Q1 getrennt.
>
> Hier bin ich nun ratlos, woran das liegen kann. Ich habe dem CC-Pin auch
> noch ein C nach Masse zum Entladen spendiert, das ändert leider nichts.

Hast du dir CC mit dem Scope angeschaut? Deine KSQ sollte doch 300mA 
liefern.

> Aus dem Datenblatt:
> Charge control output
> An open-drain output used to control the charging current to the
> battery. CC switching to high impedance(Z) enables charging current to
> flow, and low to inhibit charging current. CC is modulated to provide
> top-off, if enabled, and pulse trickle.
>
> Nach meinem Verständnis:
> CC: Charging enabled - high Z - R10 als PullUp schaltet Q1 durch.
> CC: Charging disabled - low - Q1 abgeschalten.
>
> -BATT und GND sind messtechnisch nachvollzogen nicht dauerhauft
> verbunden.

Wenn Q1 abschaltet, und damit -BATT und GND trennt, was glaubst du sieht 
dann der BQ2002 an seinem BAT Eingang? Ich denke du brauchst einen 
Hi-Side Schalter.

[Peter M. (Gast)]

Hallo,
Kinzig schrieb:
> Hast du dir CC mit dem Scope angeschaut?
hab ich eben gemacht, CC ist durchgängig bei 5V, auch nach Abschalten 
der LED weil Th2 erhitzt wurde.

Kinzig schrieb:
> Deine KSQ sollte doch 300mA
> liefern.

Den niedrigeren Strom habe ich zunächst auf Ri von Akku und RDSon des 
FET geschoben. Habe nochmal nachgerechnet, theoretisch müsst selbst da 
mehr fließen.

Kinzig schrieb:
> Wenn Q1 abschaltet, und damit -BATT und GND trennt, was glaubst du sieht
> dann der BQ2002 an seinem BAT Eingang? Ich denke du brauchst einen
> Hi-Side Schalter.

Darüber habe ich überhaupt nicht nachgedacht. Sollte das nicht aber 
für die thermische Abschaltung irrelevant sein?

[Kinzig (Gast)]

Peter M. schrieb:
>> Kinzig schrieb:
>> Wenn Q1 abschaltet, und damit -BATT und GND trennt, was glaubst du sieht
>> dann der BQ2002 an seinem BAT Eingang? Ich denke du brauchst einen
>> Hi-Side Schalter.
>
> Darüber habe ich überhaupt nicht nachgedacht. Sollte das nicht aber
> für die thermische Abschaltung irrelevant sein?

Im Datenblatt gibt es noch folgende Passage:

Low-Power Mode
The IC enters a low-power state when V BAT is driven above the 
power-down threshold (V PD ) where V PD = V CC - (1V ±0.5V)
Both the CC pin and the LED pin are driven to the high-Z state. The 
operating current is reduced to less than 1μA in this mode. When V BAT 
returns to a value below V PD , the IC pulse-trickle charges until the 
next new new charge cycle begins.

Das könnte zu folgendem Zyklus führen:

Q1 aus => V BAT > V PD => low-power state => CC high-Z => Q1 ein

Nimmt den C and Pin CC wieder weg, und schau CC nochmal mit dem Scope 
an. Vermutlich sind die 150mA der Mittelwert von schnell 
ein-/ausgeschalteten 300mA.

[Peter M. (Gast)]

Hallo nochmal und Danke fürs Mitdenken!
Kinzig schrieb:
> Nimmt den C and Pin CC wieder weg, und schau CC nochmal mit dem Scope
> an. Vermutlich sind die 150mA der Mittelwert von schnell
> ein-/ausgeschalteten 300mA.

leider nein, der CC Pin zeigt keine Regung und klebt an 5V.

Muss nun mal überlegen wie ich hier weitermache.
VG

[Kinzig (Gast)]

Dann überlege nicht lange, bau die Schaltung auf Hi-Side Schalter um. 
Der Chip wird dir für eindeutige Verhältnisse am BAT Eingang dankbar 
sein.

Laut Datenblatt soll die Quellenimpedanz für die V BAT Messung >200 kOhm 
sein. R8 sollte also deutlich vergrößert werden.

[Peter M. (Gast)]

Hallo,
Kinzig schrieb:
> Dann überlege nicht lange, bau die Schaltung auf Hi-Side Schalter um.
> Der Chip wird dir für eindeutige Verhältnisse am BAT Eingang dankbar
> sein.

gesagt getan. Zwischenzeitlich habe ich noch die LED-KSQ bestückt und 
getestet, da gibt es ja nicht viel was schief gehen kann.
Nach Umbau auf High-Side-Switch zeigt sich das grundlegend gleiche 
Verhalten, ausgiebiger testen kann ich leider erst später.

Kinzig schrieb:
> Laut Datenblatt soll die Quellenimpedanz für die V BAT Messung >200 kOhm
> sein. R8 sollte also deutlich vergrößert werden.

Das habe ich schonmal überlesen im DB...das wird der nächste Schritt, 
bringt das auch nichts, werde ich mal einen neuen Regler verbauen, 
vielleicht habe ich dem beim Testen mit Lastwiderstand statt Akku eine 
verpasst...
vielen Dank für die ratkräftige Unterstützung bis dahin!

[Peter M. (Gast)]

Hello again, krankheitsbedingt kam ich erst die Woche wieder zum Testen.

Offenbar hatte der CC-Ausgang des BQ2002 selbst einen Schaden, so dass 
er nicht mehr nach GND ziehen konnte. Nach dem Austausch klappt das 
jedenfalls, mit dem Oszilloskop ist am CC-Pin nun eindeutig 
Trickle-Charge zu erkennen, das Timing scheint auch zu passen.
Beim "Einschalten" oder "Akku tauschen" lädt er kurz (erkennbar an der 
Stromaufnahme), ich vermute das ist der "Voltage Termination Hold-off", 
dann erleuchtet die LED und er geht wieder in den Trickle Modus.
Das ließ mich vermuten, dass hier nochwas im Argen ist

Peter M. schrieb:
> Kinzig schrieb:
>> Laut Datenblatt soll die Quellenimpedanz für die V BAT Messung >200 kOhm
>> sein. R8 sollte also deutlich vergrößert werden.

Es erweckt den Anschein, dass Fast-Charge aktiv ist, aber aufgrund 
falscher Messung der Zellspannung (Einzelzelle) nicht geladen wird.
Denn bei Erhöhung der Temperatur am Messfühler geht die LED aus, was 
bedeutet, der IC ist nicht im Inhibit Modus, denn dann wäre der 
LED-Status eingefroren. Außerdem ist INH hart auf LOW.
Eine Variation von R8 (270k, 560k, 2k2) hat an dem Verhalten nichts 
geändert...Obwohl VBat<2V ist, wird nicht geladen.
Nun muss ich erstmal weiter, werde weiter drüber nachdenken, vielleicht 
kommt was bei rum...
Dass einfach die Polarität des CC (warum auch immer, China Fake oder, 
...) andersherum ist glaube ich auch nicht, das passt nicht zum 
Trickle-Verhalten und zum Verhalten der LED...Mhpf.

[Peter M. (Gast)]

So, nun läuft es. Die Ursache des zuletzt noch fehlerhaften 
Ladeverhaltens ist mir ein bisschen peinlich und auch nicht das erste 
mal passiert...
Habe das falsche Datenblatt konsultiert, da fehlte eine wichtige Info.
Es liegt hier vor mir der BQ2002_T_, als Datenblatt hatte ich die 
Version des bq2002_D_.
Hier wird die Auswertung der Zelltemperatur etwas anders gemacht, 
entsprechend war mein Spannungsteiler falsch dimensioniert. Nach 
Anpassung von R11 funktioniert die Übertemperaturabschaltung wie gewollt 
und die Zelle wird geladen.

VG und bis später
Peter