【成功案例】USB桥接芯片CP2102N实现单节锂/锂聚合物电池充电管理芯片SGM4056的充电器识别功能

时间： 2018-09-27 来源：世强

单节锂/锂聚合物电池充电管理芯片,USB桥接芯片,锂电池充电芯片,CP2102N

在笔者的冷链记录仪压力测试仪表读卡器等项目中，均涉及到了USB数据线充电,一般的USB接口只能提供5V/500mA的电源，而电源适配器则可以提供1A以上的输出，为了兼顾安全充电和快速充电，充电器识别是非常必要的。本文将介绍如何使用CP2102N让SGM4056具有充电识别功能的方法。SGM4056是SGMICRO推出的一款简单可靠的单节锂/锂聚合物电池充电管理芯片，内置了符合锂离子电池充电要求的CC/CV充电程序，具有完善的保护功能，充电电流可设置为100~900mA。

SGM4056的典型应用如图1所示：

图1 SGM4056典型应用电路

图1中，R_IREF为充电电流编程电阻，配置成不同的阻值对应不同的恒流充电电流。我们这里选择2000mAh的锂离子电池作为案例展开介绍。我们使用SGM4056一般选择两档充电电流500mA或900mA。因此，需要对输入电源类型加以识别，并且配置到最佳的充电电流。

SiliconLabs提供的新一代USB转串口桥接芯片CP2102N不但较上一代产品更有成本效益，而且在功能上有很多创新。其中，符合USB-BCS 1.2规范的充电器识别功能就是一大亮点。CP2102N有三个充电器识别功能的专用引脚，分别是CHREN、CHR0和CHR1，这三个引脚均为高电平有效。利用CP2102N为SGM4056增加充电器识别功能的应用电路如图2所示：

图2充电原理总图

我们选择的电池是2000mAh的锂离子电池，推荐快速充电电流为0.5C，也就是1000mA。因此我们的设计目标是接入电脑USB接口时充电电流尽可能为500mA，接入电源适配器，充电电流尽可能最大。因此选用的图2中，CP2102N的CHREN连接SGM4056的EN，用于控制充电芯片的启停。根据芯片官方手册中描述，在IREF≥100mA的情况下，IREF = 12230 / RIREF - 8 (mA)。CHR0通过NMOS选通24.3k电阻，用于使能500mA充电。CHR1通过NMOS选通31k电阻，用于使能390mA充电。由于CHR1高电平时，CHR0必定也是高电平，所以此时的R_IREF为24.3k和31k电阻的并联，总的充电电流预期是890mA，接近SCM4056的额定最大值900mA。

按照图2实现芯片硬件后，我们需要使用Simplicity Studio V4的XpressConfig组件对CP2102N进行简单的配置来启用充电器识别功能。配置过程如下：

1）将CP2102N接入电脑的USB接口；

2）启动Simplicity Studio，选定已连接的设备，并打开XpressConfigurator组件；

3）在Configuration Groupings栏目里面查找PortConfiguration:GPIO标签，在Battery Charging选项列表中，由“Disabled”改变为“Greater than 500mA”，此时，在GPIO设置标签中的三个专用引脚CHREN、CHR0、CHR1的IO状态自动由“Open Drain”强制设置为“Push-Pull”且手动设置无效；

4）选择保存下载，当芯片配置生效后XpressConfig会对其自动复位并完成配置。

需特别注意：配置后的芯片，如使用电脑USB接口充电时，会在某些操作系统的电脑上出现芯片自动关闭，现象就是CHREN、CHR0、CHR1均会输出低电平，而且在VCP串口被打开时不会出现。分析判断得知，这是由于操作系统允许设备掉电以节约电能，我们只需要如下步骤即可关闭：

1）在设备管理器中找到“端口（COM和LPT）”并展开，找到“SILICON LABS CP210x USB to UART Bridge (COMn)”的设备；

2）双击此设备或右键打开“属性”，找到“电源”标签页；

3）将选项“允许计算机关闭此设备以节约电源（A）”的勾选去掉，并单击“确定”，设备就不再会自动进入节能模式了。

经过如上两组设置步骤，整个充电电路即可正常工作了。我们将USB插头接入电脑USB端口或电源适配器的时候，就会通过识别功能检测接入的设备类型，并且在三个端口上有所体现，真值表如下：

可见，USB插头接入电脑USB接口时，CHR1输出低电平，CHREN和CHR0输出高电平，表示可以提供500mA的电流。而接入5V1A电源适配器的时候，三个端口均输出高电平，表示可以提供500mA以上的电流。当USB不接入任何电源的时候，三个端口均输出低电平，符合设计目标。

以上就是如何使用CP2102N让SGM4056具有充电识别功能的方法，由于CP2102应用非常广，如果您的产品正好具有锂电池充电功能，那赶快升级CP2102N吧！

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Leel Lv7. 资深专家 2019-05-22

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产品型号	品类	VIN (Min)(V)	VIN (Max)(V)	OVP Threshold(V)	Charge Voltage (V)	SHDN Iq(μA)	Status Indication	Package
SGM4056	Li-Ion Battery Charger	4.55	26.5	6.8, 10.5	4.2	200	Status Indication	SOIC-8(EP) TDFN-3×3-8L TDFN-2×3-8L TDFN-2×2-8