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Texas Instruments BQ24040 - Laderegler

BQ24040

BQ24040

Der Texas Instruments BQ24040 ist ein Laderegler für eine einzelne Lithiumzelle, der mit einer 5V-Versorgung arbeitet. Eingangsspannungen bis 30V schädigen den Baustein laut Datenblatt nicht. Der Ausgang ist kurzschlussfest. Über zwei Leuchtdioden kann der aktuelle Status dargestellt werden. Die Batteriespannung wird mit einer Genauigkeit von 1%, der Batteriestrom mit einer Genauigkeit von 10% bestimmt. Ein externer Shunt ist dabei nicht notwendig. Der maximale Ladestrom beträgt 1A, kann aber für die Versorgung aus USB-Schnittstellen variabel auf 100mA oder 500mA begrenzt werden.

Das Gehäuse wird als WSON-10 oder DFN-10 bezeichnet. WSON steht für "Very, very thin Small Outline Non-leaded". Die Kantenlänge des Bausteins beträgt 2mm. Die Kontaktflächen sind nur 0,25mm x 0,15mm groß. Das Rastermaß beträgt 0,4mm.

Wie im Rahmen des BQ27220 beschrieben, stammt das Design von Benchmarq Microelectronics.

 

BQ24040 Datenblatt

Das Datenblatt enthält den Schaltplan einer typischen Anwendung. Der BQ24040 versorgt sich dort über ein Netzteil oder eine USB-Schnittstelle. Mit Hilfe der Kontakte ISET und PRETERM kann man den maximalen Ladestrom (bis zu 1A) und den Vorladestrom einstellen. Der Vorladestrom definiert gleichzeitig den Strom, bei dem das Ende des Ladevorgangs erkannt wird. Über ISET2 kann der Eingangsstrom zusätzlich variabel auf 100mA oder 500mA begrenzt werden, so dass USB-Schnittstellen nicht überlastet werden. Die LED am Kontakt PG zeigt eine ausreichende Spannungsversorgung an. Die LED am Kontakt CHG kommuniziert den Status des Ladevorgangs. Über den Kontakt TS wird die Temperatur der Batterie bestimmt.

 

BQ24040 Datenblatt

Das Datenblatt des BQ24040 enthält außerdem ein ausführliches Blockschaltbild, was Großteils selbsterklärend ist.

 

BQ24040 Die

BQ24040 Die

BQ24040 Die

Das Die des BQ24040 ist 0,78mm x 0,43mm groß. Die Strukturen der integrierten Schaltung sind zu klein, um sie analysieren zu können. Auffällig ist die verhältnismäßig grob strukturierte und dicke Metalllage auf dem Die. Sie erfüllt zwei Aufgaben. Zum einen stellt sie die Bondpads dar. Der hohe Integrationsgrad führt dazu, dass die Bondpads eine verhältnismäßig große Fläche einnehmen. Kann man die Bereiche unterhalb der Bondpads für Schaltungsteile nutzen, so gewinnt man entsprechend sehr viel Platz. Die dicke Metalllage erhöht außerdem die Stromtragfähigkeit, was bei einem Strom von bis zu 1A durchaus relevant ist.

Der Struktur nach kontaktiert die oberste Metalllage auf der rechten Seite des Dies die zwei Leistungstransistoren. Oben und unten waren jeweils zwei Bonddrähte angebunden. Die Struktur lässt vermuten, dass der obere Transistor kleiner ist als der untere. Das wäre soweit logisch, da der eingangsseitige Transistor nur einen Stromfluss von der Batterie zur Quelle unterbindet, während der zweite Transistor die Stromregelung darstellen muss und entsprechend stärker belastet wird.

Insgesamt vier Bondpads wurden nicht kontaktiert. Zur Familie des BQ24040 gehören auch der BQ24041 und der BQ24045. Die Funktionalitäten der Bausteine sind nur minimal unterschiedlich und lassen sich wahrscheinlich über eine Variation der Bondverbindungen darstellen.

 

BQ24040 Die Detail

In der oberen rechten Ecke des Dies findet sich die Bezeichnung BQ24050A3. Das weist darauf hin, dass das Die auch beim BQ24050 und BQ24052 zum Einsatz kommt. Dort ermöglichen zwei Pins eine Überwachung der USB-Datenleitungen, um sofort mit einem hohen Ladestrom starten zu können. Die Zeichen A3 könnten für die Revision des Designs stehen.

 

BQ24040 Die Metalllage

BQ24040 Die Metalllage

Das Die ist 0,2mm dick, die obere Metallisierung baut ungefähr 20µm auf.

 

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