引言

終端用戶對於快速充電和高效充電的需求日益增長。鋰離子(Li-Ion)電池是一種理想的選擇
，因為其擁有非常高的能量密度。這種電池具有高充電電流，能夠很好地適用於10英尺平板電腦應用，可用於6 Ahyishangdegaodianchizurongliang。pingbandiannaoyaoqiujuyouyouyidesanrexingnenghekuaisukaijitexing，jishishishendufangdiandedianchiyeshiruci。zhexieyaoqiugeishejirenyuandailailezhuduoshejitiaozhan。shouxianshi，ruguozuidahuadianyuandeyouxiaogonglv，yigaoxiao、快速地對電池充電同時電源不能崩潰。其次是，如何在係統保持運行的同時，對深度放電的電池進行充電。最後是如何提高散熱性能。

動態電源路徑管理

如何最大化有效功率
，從而實現快速、高效的電池充電呢？所有電源都有其輸出電流或者功率限製。例如
，高速USB(USB2.0)端口的最大輸出電流為500 mA，而超高速USB(USB3.0) 端口的最大輸出電流為900 mA。如(ru)果(guo)係(xi)統(tong)功(gong)率(lv)需(xu)求(qiu)超(chao)出(chu)電(dian)源(yuan)的(de)有(you)效(xiao)功(gong)率(lv)，電(dian)源(yuan)便(bian)會(hui)崩(beng)潰(kui)。對(dui)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)時(shi)
，我(wo)們(men)如(ru)何(he)在(zai)最(zui)大(da)化(hua)功(gong)率(lv)輸(shu)出(chu)的(de)同(tong)時(shi)防(fang)止(zhi)電(dian)源(yuan)崩(beng)潰(kui)呢(ne)？我(wo)們(men)使(shi)用(yong)了(le)三(san)種(zhong)控(kong)製(zhi)方(fang)法(fa)：輸入電流型DPM、輸入電壓型DPM和電池補充模式。

圖1顯示了使用DPM控製的高效開關模式充電器。MOSFET Q2和Q3以及電感L組(zu)成(cheng)一(yi)個(ge)同(tong)步(bu)開(kai)關(guan)降(jiang)壓(ya)式(shi)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)器(qi)。這(zhe)種(zhong)組(zu)成(cheng)方(fang)法(fa)達(da)到(dao)了(le)最(zui)高(gao)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)效(xiao)率(lv)
，充(chong)分(fen)利(li)用(yong)適(shi)配(pei)器(qi)功(gong)率(lv)，從(cong)而(er)實(shi)現(xian)了(le)最(zui)為(wei)快(kuai)速(su)的(de)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)。MOSFET Q1用作一個電池反向阻塞MOSFET，目的是防止電池漏電通過MOSFET Q2體二極管流至輸入。另外，它還用作一個輸入電流檢測組件，以監控適配器電流。

MOSFET Q4用於主動監測和控製電池充電電流，以實現DPM。當輸入功率足以同時支持係統負載和電池充電時，使用ICHG理想充電電流值對電池充電。如果係統負載ISYS突然增加
，並且其總適配器電流達到電流限製設置IREF
，則輸入電流調節環路主動進行調節，並將輸入電流維持在預定義輸入基準電流IREF電(dian)平(ping)。通(tong)過(guo)降(jiang)低(di)充(chong)電(dian)電(dian)流(liu)並(bing)優(you)先(xian)為(wei)係(xi)統(tong)供(gong)電(dian)，讓(rang)其(qi)達(da)到(dao)最(zui)高(gao)係(xi)統(tong)性(xing)能(neng)
，可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)這(zhe)個(ge)目(mu)標(biao)。因(yin)此(ci)，可(ke)以(yi)在(zai)輸(shu)入(ru)電(dian)源(yuan)不(bu)崩(beng)潰(kui)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，始(shi)終(zhong)最(zui)大(da)化(hua)輸(shu)入(ru)功(gong)率(lv)，同(tong)時(shi)在(zai)係(xi)統(tong)和(he)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)之(zhi)間(jian)動(dong)態(tai)地(di)共(gong)享(xiang)有(you)效(xiao)功(gong)率(lv)。


如果係統連接一個無法識別其電流限製的第三方電源，則難以使用輸入電流限製型DPM，而應使用輸入電壓型DPM
，其控製算法如圖2所示。電阻分壓器R1和R2yongyujianceshurudianya，bingweishurudianyatiaojiehuanludewuchafangdaqitigongshuru。leisidi，ruguoxitongfuzaizengjia
，qishishurudianliuchaochushipeiqidianliuxianzhi，zeshipeiqidianyakaishixiajiang，bingzuizhongdadaoyudingyidezuixiaoshurudianya。
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激(ji)活(huo)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)調(tiao)節(jie)環(huan)路(lu)
，以(yi)將(jiang)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)維(wei)持(chi)在(zai)預(yu)定(ding)義(yi)電(dian)壓(ya)電(dian)平(ping)。自(zi)動(dong)降(jiang)低(di)充(chong)電(dian)電(dian)流(liu)
，以(yi)使(shi)來(lai)自(zi)輸(shu)入(ru)電(dian)源(yuan)的(de)總(zong)電(dian)流(liu)達(da)到(dao)其(qi)最(zui)大(da)值(zhi)，而(er)輸(shu)入(ru)電(dian)源(yuan)又(you)不(bu)會(hui)崩(beng)潰(kui)。因(yin)此(ci)，係(xi)統(tong)現(xian)在(zai)便(bian)可(ke)以(yi)追(zhui)蹤(zong)適(shi)配(pei)器(qi)的(de)最(zui)大(da)輸(shu)入(ru)電(dian)流(liu)。利(li)用(yong)這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)設(she)計(ji)輸(shu)入(ru)調(tiao)節(jie)電(dian)壓(ya)，其(qi)電(dian)壓(ya)仍(reng)然(ran)高(gao)到(dao)足(zu)以(yi)對(dui)電(dian)池(chi)完(wan)全(quan)充(chong)電(dian)。例(li)如(ru)，可(ke)以(yi)將(jiang)它(ta)設(she)置(zhi)為(wei)4.35V左右，以對一個單節鋰離子電池組進行完全充電。


輸入電流和輸入電壓型DPMkongzhidoukeyicongshipeiqihuoquzuidagonglvdetongshierbushishipeiqibengkui。duiyuzhuruzhinengdianhuahepingbandiannaodengbianxieshishebeilaishuo
，xitongfuzaitongchangsuigaomaidongdianliuerdongtaibianhua。jishishichongdiandianliuyijingjiangzhiling
，ruguomaidongxitongfengzhigonglvgaoyushurugonglv，nahuichuxianshenmeqingkuangne
？zaimeiyouzhudongkongzhideqingkuangxia
，shurudianyuankenenghuibengkui。

一(yi)種(zhong)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)是(shi)增(zeng)加(jia)適(shi)配(pei)器(qi)額(e)定(ding)功(gong)率(lv)
，但(dan)這(zhe)會(hui)增(zeng)加(jia)適(shi)配(pei)器(qi)的(de)尺(chi)寸(cun)和(he)成(cheng)本(ben)。另(ling)一(yi)種(zhong)方(fang)案(an)是(shi)除(chu)適(shi)配(pei)器(qi)提(ti)供(gong)的(de)有(you)效(xiao)功(gong)率(lv)以(yi)外(wai)再(zai)為(wei)係(xi)統(tong)補(bu)充(chong)額(e)外(wai)功(gong)率(lv)，以(yi)對(dui)電(dian)池(chi)臨(lin)時(shi)放(fang)電(dian)。因(yin)此(ci)，電(dian)池(chi)會(hui)開(kai)啟(qi)MOSFET Q4來提供額外功率

，從而實現電池放電而充電。組合使用DPM控(kong)製(zhi)和(he)電(dian)池(chi)補(bu)充(chong)功(gong)率(lv)模(mo)式(shi)，可(ke)實(shi)現(xian)對(dui)適(shi)配(pei)器(qi)的(de)優(you)化(hua)
，以(yi)支(zhi)持(chi)平(ping)均(jun)功(gong)率(lv)而(er)非(fei)最(zui)大(da)峰(feng)值(zhi)係(xi)統(tong)功(gong)率(lv)，達(da)到(dao)降(jiang)低(di)成(cheng)本(ben)和(he)實(shi)現(xian)最(zui)小(xiao)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)尺(chi)寸(cun)的(de)目(mu)的(de)。

提高係統性能設計考慮

一些便攜式電源係統
，例如：平板電腦和智能電話等
，要求具有一種“快速開機”功能，以提升用戶體驗。這就意味著，不客電池是完全充電還是深度放電，當連接適配器時係統都要能夠快速開啟。

讓我們來回顧圖1-2所示係統，並使用一個單節鋰離子電池係統作為舉例。如果在不使用MOSFET Q4的情況下將電池直接連接至係統，VBUS的係統總線電壓與電池電壓相同。一塊電壓為3V的深度放電電池，其電壓不足以開啟係統。終端用戶需要等電池充電至3.4V之後


，才能開啟係統。為了支持係統快速開機，需要添加一個MOSFET Q4，rangxitongzaixianxingmoshixiagongzuo
，yiweichizuixiaoxitonggongzuodianya，bingtongshiduishendufangdiandedianchichongdian。zuixiaoxitongdianyayoukaiguanshizhuanhuanqitiaojie，erchongdiandianliuzeyouLDO模式通過控製MOSFET Q4來調節。一旦電池電壓達到最小係統工作電壓
，MOSFET Q4bianwanquankaiqi。tadechongdiandianliutongguotongbujiangyazhuanhuanqidezhankongbitiaojie。yinci，xitongdianyashizhongweichizaizuixiaoxitonggongzuodianyahequdongxitongdezuidadianchidianyazhijian。

如何延長電池工作時間呢
？當然
，電池容量越高
，電池工作時間也就越長。就單節電池供電係統而言，典型的最小係統電壓為3.4V左右，以達到係統所要求的3.3V輸出。如果 MOSFET Q4的導通電阻為50 mΩ
，並且電池放電電流為3A，則電池終止電壓為3.55V。這就意味著15% 以上的電池容量未用，殘留在電池中。為了最大化電池工作時間，MOSFET Q4 的導通電阻必須設計的盡可能地小，例如：10 mΩ。

圖3顯示了一個使用集成MOSFET的高效、單節電池I2C電池充電器舉例。該充電器同時支持USB和AC適配器輸入

，適用於平板電腦和便攜式媒體設備應用。同時集成了4個功率MOSFET，而MOSFET Q1和Q4用於檢測輸入電流和電池充電電流，目的是進一步最小化係統解決方案尺寸。這種充電器可以檢測到USB和適配器電源之間的切換
，以快速建立正確的輸入電流限製。另外
，充電器還可以作為一個單獨的充電器使用內部默認充電電流、充電電壓、安全計時器和輸入電流限製對電池充電—即使係統為關閉狀態。它還擁有USB OTG功能
，可讓充電器工作在增壓模式下

，通過電池為USB輸入端提供5V/1.3A輸出。

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對於一些超薄設計的便攜式設備來說散熱性能至關重要，因為用戶很容易便能感覺到PCB電路板的發熱情況。為了克服這個缺點
，使用優化的高效、優you秀xiu布bu局ju設she計ji非fei常chang重zhong要yao。要yao想xiang進jin一yi步bu提ti高gao熱re性xing能neng，需xu使shi用yong一yi個ge熱re調tiao節jie環huan路lu。一yi旦dan達da到dao預yu定ding義yi的de結jie溫wen
，它ta便bian通tong過guo降jiang低di充chong電dian電dian流liu來lai確que保bao不bu超chao出chu最zui高gao結jie溫wen。圖tu4顯示了測量得到的電池充電效率。利用5V USB輸入，可以獲得高達94%的效率。9V輸入和4A充電電流時，溫度僅升高了32℃。


總結

電池補充模式的動態電源管理對於電池充電係統性能優化至關重要。輸入電流和輸入電壓型DPM均用於在對電池充電的同時為係統供電，並提供快速開機功能。另外
，本文還討論了電池工作時間和熱性能等重要設計考慮因素。

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