集成電源路徑管理功能的電池充電方案

隨著電池供電設(shè)備的設(shè)計(jì)變得越來越緊湊，功耗功能越來越多，留給電池的空間也變得越來越局限，且大部分電池均不可拆卸，因此，設(shè)備的工作時(shí)長變成了頭等大事。為了提高設(shè)備的便攜性，大家經(jīng)常會(huì)使用更大電池容量的輔助充電設(shè)備，比如智能手機(jī)的移動(dòng)電源、用于耳塞和電子煙的充電盒等。

由于便攜式設(shè)備性能的增長需求與電池大小和容量限制之間的沖突，移動(dòng)電源多年來廣泛用作輔助充電設(shè)備。但是，若想要移動(dòng)電源具有更良好的性能，則需要更緊湊的設(shè)計(jì)（重量更輕）和更高的效率（操作時(shí)間更長），充電盒之類的設(shè)備也同樣如此。

傳統(tǒng)解決方案是采用單獨(dú)的充電設(shè)備-線性充電器IC或開關(guān)充電器IC，以及帶阻斷FET的升壓變換器分別作為電源的輸入和輸出 （見圖1） 。然而，這并不能滿足消費(fèi)者/制造商的需求。

圖 1：傳統(tǒng)IC充電器+升壓變換器

新款產(chǎn)品

MPS新推出的一款高集成單節(jié)電源管理IC MP2696A 配置靈活，功能豐富。MP2696A 集成了盡可能多的模擬電路，搭配非常經(jīng)濟(jì)、簡單的單片機(jī) (MCU) ，為移動(dòng)電源提供了可編程、全功能的極簡解決方案（見圖 2）。

圖 2：高度集成的雙向工作模式

與傳統(tǒng)解決方案相比，此方案可以為客戶節(jié)省一個(gè)開關(guān)充電器、一個(gè)電感和一個(gè)USB接口IC。

MP2696A 功能豐富，在效率和性能提升方面都可圈可點(diǎn)：

雙向工作模式，可以使用單個(gè)電感進(jìn)行充電和放電

集成了帶有保護(hù)和獨(dú)立控制功能的直通路徑

可編程的JEITA電池溫度保護(hù)閾值

集成低導(dǎo)通阻抗的FETs

集成可編程的輸入電流限制和輸入電壓限制功能

空載時(shí)自動(dòng)休眠模式

連接至智能手機(jī)時(shí)，自動(dòng)INT輸出

集成USB協(xié)議接口，可為智能手機(jī)提供最大輸出功率

MP2696A 可由MCU通過I2C接口通信，它能工作在充電或升壓放電的雙向工作模式下，是移動(dòng)電源和充電應(yīng)用的完美之選。且可以通過 MCU 靈活地設(shè)置工作模式和參數(shù)，還可以通過狀態(tài)和故障寄存器指示工作狀態(tài)和故障事件。

充電模式

MP2696A 為USB接口設(shè)計(jì)，可以耐受高達(dá)16V的輸入電壓。由于USB端口的典型輸入電壓為5V，故即使在線纜插拔瞬間產(chǎn)生高的脈沖電壓也不會(huì)對移動(dòng)電源產(chǎn)生任何威脅。

它還集成了一個(gè)可編程的輸入電流限制和輸入電壓限制功能。高達(dá)3A的輸入電流限制允許 MP2696A 兼容 15W Type-C 電氣特性要求 （見圖 3）。配合MCU程序，MP2696A 可以依據(jù)輸入電源來設(shè)置輸入電流的限值，確保其滿足BC1.2和USB Type-C 規(guī)格要求。

鑒于額外的輸入電壓限制功能，MP2696A可以使用優(yōu)化后的充電電流進(jìn)行充電，無論采用何種適配器，都能縮短充電時(shí)間。

圖 3：充電模式下的功率流動(dòng)

放電模式

MP2696A 同時(shí)具有放電功能，可以提供5V的放電輸出，最大輸出電流可以達(dá)到3.6A （見圖 4）。MP2696A具有輸出電流環(huán)路，當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到輸出電流限制時(shí)，MP2696A M會(huì)通過輸出電流環(huán)路限制輸出電流。MP2696A 具有輸出線纜壓降補(bǔ)償功能，當(dāng)負(fù)載電流增加時(shí)，MP2696A會(huì)略微調(diào)高輸出電壓，這樣可以保證通過電纜后的輸出電壓恒定，而且補(bǔ)償?shù)姆纫部梢宰杂稍O(shè)置。

極低導(dǎo)通阻抗的FET使得MP2696A具有非常高的效率，特別適用于高度集成的小型設(shè)計(jì)應(yīng)用。

圖 4：放電模式下的功率流動(dòng)

圖 5：放電模式下的效率

保護(hù)功能和獨(dú)有的智能檢測功能

MP2696A 在所有模式下都能提供可靠的保護(hù)功能。在充電模式中，它具有輸入過壓保護(hù)、電池過壓保護(hù)、安全充電定時(shí)器。在放電模式下，它具有電池欠壓鎖定保護(hù)和輸出短路保護(hù)。這些硬件保護(hù)功能可以保證在MCU軟件故障時(shí)安全充電。

電池溫度檢測和保護(hù)功能對于受電便攜式設(shè)備來說，變得越來越重要。日本電子和信息技術(shù)工業(yè)協(xié)會(huì)（JEITA）標(biāo)準(zhǔn)--優(yōu)化不同電池溫度條件下的充電參數(shù)，已成為電池充電應(yīng)用中的強(qiáng)制性功能。MP2696A 不僅支持JEITA標(biāo)準(zhǔn)，還具有可編程的溫度保護(hù)閾值調(diào)節(jié)功能 (見圖 6)。由于熱敏電阻值會(huì)隨溫度的變化而變化，所以 MP2696A 可以監(jiān)控NTC與VNTC之間的電壓比例，提供電池溫度信息。然后 MP2696A 會(huì)將測量的額定值與內(nèi)部額定值進(jìn)行對比，以確定溫度范圍以及如何調(diào)節(jié)充電電壓和電流。因此，客戶可以通過更改I2C寄存器內(nèi)的參數(shù)來調(diào)整溫度閾值，無需更改電路板上的寄存器分壓器。這種方式配置I2C寄存器可使軟件工程師節(jié)省大量的MCU編碼工作。

圖 6：溫度保護(hù)

在放電工況中，如果負(fù)載電流小于設(shè)定的可編程閾值，MP2696A 會(huì)通知 MCU：負(fù)載已經(jīng)解除，此時(shí) MCU 經(jīng)過若干計(jì)時(shí)時(shí)間后，可停止升壓放電，從而使MP2696A 進(jìn)入待機(jī)模式。在待機(jī)模式中，MP2696A 可以檢測負(fù)載插入的動(dòng)作并且報(bào)告給MCU，由MCU決定響應(yīng)與否并且喚醒放電輸出。這樣就無需使用過多的外部分立元器件來檢測負(fù)載插入。

MP2696A 還能提供電池電流的信息，不管是充電時(shí)還是放電時(shí)，電池電流的信息都會(huì)成比例的顯示在IB管腳上，可以幫助系統(tǒng)更精確地了解電池容量。

結(jié)論

MP2696A 結(jié)合簡單的MCU，可以為移動(dòng)電源或充電盒應(yīng)用提供緊湊高效的設(shè)計(jì)解決方案。MP2696A集成了低導(dǎo)通阻抗的功率FET，可支持雙向工作模式，還含有負(fù)載連接檢測電路和USB放電協(xié)議接口，實(shí)現(xiàn)了更緊湊的設(shè)計(jì)和更低的BOM成本。此款芯片支持可編程的JEITA保護(hù)，可輕松滿足不同客戶的電池特性要求，并且具有杰出的效率性能和各種硬件保護(hù)功能。最重要的是，MP2696A 易于使用，可以利用提供的參考設(shè)計(jì)節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間。

審核編輯：湯梓紅