由于鋰離子電池在重量與容量兩方面都具有較高的能量密度，因此廣泛應(yīng)用于便攜式設(shè)備中。使用智能電話、PDA及MP3播放器等設(shè)備的用戶希望在無需使用電池的情況下，通過輸入電源為設(shè)備供電。這就需要一種被稱為“電源路徑管理”的電源架構(gòu)以單獨(dú)的路徑分別為設(shè)備系統(tǒng)供電并對電池充電。

1 動態(tài)電源路徑管理（DPPM）電池充電器

在最常用的電池充電和系統(tǒng)供電配置中，系統(tǒng)負(fù)載可直接連接到電池充電器的輸出端。雖然這種架構(gòu)不僅簡便易用而且成本較低，但由于電池充電電流的無效控制可能會引起充電異常終止和安全定時(shí)器誤報(bào)警。

bq2403x系列DPPM電池充電器具有電源共享功能，可在為系統(tǒng)供電的同時(shí)對電池進(jìn)行充電。這就避免了充電終止和安全定時(shí)器等問題，從而盡可能降低了AC適配器的額定功率并提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。這一功能還允許系統(tǒng)在為過度放電的電池充電的同時(shí)正常工作。

電源路徑管理電池充電器的結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。當(dāng)AC適配器接通電源時(shí)，MOSFET Q1 對系統(tǒng)總線電壓VOUT進(jìn)行預(yù)穩(wěn)壓，該值高于最大電池穩(wěn)壓值VBAT。這就建立起了適配器輸入端與系統(tǒng)之間的直接路徑。MOSFET Q2專門用于電池充電，所以電池與系統(tǒng)互不干擾。當(dāng)接通并選中USB時(shí)，MOSFET Q3 全部開啟，Q3輸出提供與USB輸出幾乎等量的輸出電壓，并由MOSFET Q2來控制電池充電。

圖1 電源路徑管理電池充電器的結(jié)構(gòu)簡圖

DPPM可動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)總線電壓。如果由于適配器或USB的輸入電流較小而引起系統(tǒng)總線電壓降至預(yù)置值，則電池充電電流就會減少直至輸出電壓停止下降。只有DPPM控制盡可能處于穩(wěn)態(tài)條件時(shí)，系統(tǒng)才能獲得所需電流，并利用剩余電流對電池進(jìn)行充電。正因如此，適配器是基于系統(tǒng)平均功率而設(shè)計(jì)的，而不是系統(tǒng)最大峰值功率。這使設(shè)計(jì)人員可以采用額定功率較小且成本更低的適配器。

典型DPPM應(yīng)用電路如圖2所示。當(dāng)系統(tǒng)與電池充電器的電流總量超過AC適配器或USB的電流限制時(shí)，與系統(tǒng)總線相連的電容則開始放電，且系統(tǒng)總線電壓也開始隨之降低。當(dāng)系統(tǒng)總線電壓降至DPPM引腳設(shè)置的預(yù)定閾值時(shí)，充電電流降低，以防止因AC適配器過載而導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。如果充電電流降至0A時(shí)仍然無法維持系統(tǒng)總線電壓，則電池將暫時(shí)放電，并向系統(tǒng)供電以防止系統(tǒng)崩潰。這就是“電池補(bǔ)充模式”，圖3為該模式隨同DPPM實(shí)驗(yàn)波形工作的情況。

圖2 DPPM 電池充電器

圖3 DPPM實(shí)驗(yàn)波形

DPPM電壓閾值VDPPM由電阻器R3設(shè)置，且通常低于OUT引腳的穩(wěn)壓值，以保證系統(tǒng)安全工作。R3可由下式計(jì)算得出：

R1的作用是設(shè)置快速充電電流，其可由下式計(jì)算得出：

R2用于設(shè)置安全定時(shí)器值。通常要求鋰離子電池的充電溫度范圍介于0℃～45℃之間。

RT1和RT2經(jīng)過編程，可用于其他溫度范圍。

電池充電器通過PSEL引腳可以選擇AC或USB電源作為主電源，如果選擇USB端口，則可通過ISET2選擇最大電流。

該器件的三個(gè)功率MOSFET和一個(gè)電源控制器均集成在3.5x4.5毫米散熱增強(qiáng)型QFN封裝中。熱調(diào)節(jié)環(huán)路可降低充電電流，以防止硅芯片溫度超過125℃。無論是有源熱調(diào)節(jié)電路還是有源DPPM引起充電電流的降低，安全定時(shí)器時(shí)間都將自動延長，以防止發(fā)生安全定時(shí)器誤報(bào)警的意外情況。DPPM或熱調(diào)節(jié)環(huán)路為有源時(shí)可禁用充電終止功能。這種辦法可防止發(fā)生充電異常終止。

2 結(jié)論

當(dāng)系統(tǒng)總線電壓因輸入電流不足而降至預(yù)設(shè)閾值時(shí)，DPPM會在繼續(xù)為系統(tǒng)負(fù)載供電的同時(shí)降低電池充電電流。DPPM還完全消除了充電異常終止和安全定時(shí)器誤報(bào)警等電池與系統(tǒng)相互干擾的問題。DPPM電池充電器非常適用于需要同時(shí)為電池充電和為系統(tǒng)供電的應(yīng)用。

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