作者：德州儀器 Pearl Cao

隨著內置功能越來越多，越來越智能的電子設備在更具吸引力的同時也更加耗電，可充電電池因此成為了一個經濟的選擇。近年來，隨著創新應用、新興技術和新電池化學成分的出現，充電器的需求不斷發展。例如，可穿戴設備領域的新應用（如智能銀行卡、智能服裝和醫療貼片）引領著解決方案變得更小巧便宜，同時也推動著電池朝更小更高功率密度的方向發展。

設計師的典型問題或疑慮包括：“我如何最大限度地延長電池的使用時間？”“我如何延長產品的保質期？”“是否有可能對電池進行過度放電？”“如果電池缺失或損壞會發生什么？”“如何讓我的產品與較弱的適配器一起工作？”，以及“我可以將相同的充電器用于不同的設計和不同的電池嗎？”在本文中，我將討論線性充電器的不同功能如何幫助解決這些問題。

電源路徑

電源路徑功能可通過在充電器內部增加一個開關，使單獨的輸出為系統供電并為電池充電。這種架構會導致其他一些特性。讓我們先看看圖1，該圖顯示了一個沒有電源路徑的簡單線性充電器。系統輸入和電池電極連接到相同的充電器輸出節點。這種非電源路徑架構因其簡單和小巧的解決方案而受到歡迎；實例包括bq24040和bq25100電池充電器。圖2顯示了bq25100的評估模塊（EVM）。

圖1：簡單的非電源路徑線性充電器圖

圖2：bq25100EVM

然而，這種架構有一些局限。充電器輸出、電池電極和系統輸入都在同一點連接。如果電池深度放電或有缺陷，那么即使連接外部電源，也可能無法啟動系統。在系統啟動之前，電池需要充電到一定的電壓水平。因此，如果產品的電池深度放電，終端用戶可能會在插入適配器時認為系統已經損壞，并且由于系統無法啟動而沒有任何情況發生。如果產品的電池確實存在缺陷，則系統可能永遠無法啟動。對于使用可拆卸電池的產品，可能需要使用不同的封裝來拆卸和更換缺陷電池。但是，如果電池嵌入在設備內，則缺陷電池會使整個產品無法使用。

這種架構的另一個問題是充電器只能檢測到流入電池和系統的總電流。如果系統正在運行，則充電器如何確定電池電流是否達到終止電平？

所有問題的解決方案非常簡單——只需在系統輸入和電池電極之間添加另一個開關。圖3顯示了電源路徑線性充電器架構。除了從外部電源引入電流的Q1場效應晶體管（FET）之外，必要時需再增加一個開關（Q2）使電池與系統分離。系統始終具有輸入電源的優先級，當終端用戶插入適配器時，系統可以立即打開。如果適配器在支持系統負載時還剩下額外的電源，電池可以充電。

圖3：電源路徑線性充電器圖

這種方法還允許充電器獨立地監控電池的充電電流(與適配器的總電流相反)，以允許適當的終止和檢查任何故障情況。

bq24072器件系列包括獨立式電源路徑線性充電器。bq25120A是一款集成度更高的新型器件。除了電源路徑線性充電器之外，它還集成了DC-DC降壓轉換器、LDO、按鈕控制器和具備客戶可編程性的I2C接口。

運輸模式

運輸模式通常是設備的最低靜態電流狀態。為了最大限度地延長貯藏壽命，制造商在產品出廠前就已經啟用了這種狀態，以期待終端用戶獲得產品時電池電量不會耗盡。通過關閉電源路徑充電器中的Q2，運輸模式電路實質上斷開了電池的連接，以防止電池泄漏到系統中。當終端用戶第一次打開產品時，Q2重新打開，電池連接到系統。

動態電源路徑管理（DPPM）

DPPM是電源路徑設備的另一個功能。它可以監測設備的輸入電壓和電流，并在適配器不能支持系統負載時自動對系統進行優先級排序。輸入源電流會在系統負載和電池充電之間共享。如果系統負載增加，此功能可降低充電電流。當系統電壓下降到某個閾值時，電池可以停止充電，并將電池放電以補充系統電流要求。此特性的實施可有效防止系統崩潰。

輸入電壓動態電源管理（VIN-DPM）

通常與DPPM混淆的另一個功能是VIN-DPM。這一機制聽起來非常相似，但重點卻完全不同。輸入電源或適配器具有額定功率。在某些情況下，輸入電源的功率并不足以滿足設備的需求。在USB標準不同的情況下，如今設計人員更普遍地認識到了這一點。正在充電的設備可能需要適用于各種類型（甚至未知的）適配器。如果輸入源過載并導致輸入電壓低于欠壓鎖定（UVLO）閾值，則器件會關閉并停止充電。電源負載消失，適配器恢復。其電壓回升到高于UVLO并重新開始充電，但適配器會再次立即過載并崩潰。這種不良情況被稱為“打嗝模式”。參見圖4。

圖4：打嗝模式

VIN-DPM功能可成功解決這一問題，因為它可以連續監測充電器的輸入電壓。如果輸入電壓低于某個閾值，VIN-DPM會調節充電器以減少輸入電流負載，從而防止適配器崩潰。

現在您可以發現VIN-DPM和DPPM實際上是兩個完全不同的功能。VIN-DPM可監控適配器的輸出（或充電器的輸入）并將其保持在一定的水平。DPPM可監控充電器輸出（或系統導軌）并將其保持在最低預定水平。這兩個功能可以協調共存，發揮作用，以便在不同的操作條件下平穩運行。并非所有充電器都具有這兩種功能。您也可以在非電源路徑充電器上實施VIN-DPM。

本文以線性充電器拓撲結構為例闡釋了一些與電源路徑功能相關的基本特性，但開關充電器當然也可以具有此功能。有關電池充電器選擇的更多信息，請參閱電池充電器解決方案頁面。

審核編輯：何安