隨著(zhù)內置功能越來(lái)越多，越來(lái)越智能的電子設備在更具吸引力的同時(shí)也更加耗電，可充電電池因此成為了一個(gè)經(jīng)濟的選擇。近年來(lái)，隨著(zhù)創(chuàng )新應用、新興技術(shù)和新電池化學(xué)成分的出現，充電器的需求不斷發(fā)展。例如，可穿戴設備領(lǐng)域的新應用（如智能銀行卡、智能服裝和醫療貼片）引領(lǐng)著(zhù)解決方案變得更小巧便宜，同時(shí)也推動(dòng)著(zhù)電池朝更小更高功率密度的方向發(fā)展。
設計師的典型問(wèn)題或疑慮包括：“我如何最大限度地延長(cháng)電池的使用時(shí)間？”“我如何延長(cháng)產(chǎn)品的保質(zhì)期？”“是否有可能對電池進(jìn)行過(guò)度放電？”“如果電池缺失或損壞會(huì )發(fā)生什么？”“如何讓我的產(chǎn)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(xiàn)性充電器的不同功能如何幫助解決這些問(wèn)題。
電源路徑
電源路徑功能可通過(guò)在充電器內部增加一個(gè)開(kāi)關(guān)，使單獨的輸出為系統供電并為電池充電。這種架構會(huì )導致其他一些特性。讓我們先看看圖1，該圖顯示了一個(gè)沒(méi)有電源路徑的簡(jiǎn)單線(xiàn)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(diǎn)。這種非電源路徑架構因其簡(jiǎn)單和小巧的解決方案而受到歡迎；實(shí)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(jiǎn)單的非電源路徑線(xiàn)性充電器圖
圖2：bq25100 EVM
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(diǎn)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(wú)法啟動(dòng)系統。在系統啟動(dòng)之前，電池需要充電到一定的電壓水平。因此，如果產(chǎn)品的電池深度放電，終端用戶(hù)可能會(huì )在插入適配器時(shí)認為系統已經(jīng)損壞，并且由于系統無(wú)法啟動(dòng)而沒(méi)有任何情況發(fā)生。如果產(chǎn)品的電池確實(shí)存在缺陷，則系統可能永遠無(wú)法啟動(dòng)。對于使用可拆卸電池的產(chǎn)品，可能需要使用不同的封裝來(lái)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(huì )使整個(gè)產(chǎn)品無(wú)法使用。
這種架構的另一個(gè)問(wèn)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(wèn)題的解決方案非常簡(jiǎn)單——只需在系統輸入和電池電極之間添加另一個(gè)開(kāi)關(guān)。圖3顯示了電源路徑線(xiàn)性充電器架構。除了從外部電源引入電流的Q1場(chǎng)效應晶體管（FET）之外，必要時(shí)需再增加一個(gè)開(kāi)關(guān)（Q2）使電池與系統分離。系統始終具有輸入電源的優(yōu)先級，當終端用戶(hù)插入適配器時(shí)，系統可以立即打開(kāi)。如果適配器在支持系統負載時(shí)還剩下額外的電源，電池可以充電。
圖3：電源路徑線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(hù)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(tài)電流狀態(tài)。為了最大限度地延長(cháng)貯藏壽命，制造商在產(chǎn)品出廠(chǎng)前就已經(jīng)啟用了這種狀態(tài)，以期待終端用戶(hù)獲得產(chǎn)品時(shí)電池電量不會(huì )耗盡。通過(guò)關(guān)閉電源路徑充電器中的Q2，運輸模式電路實(shí)質(zhì)上斷開(kāi)了電池的連接，以防止電池泄漏到系統中。當終端用戶(hù)第一次打開(kāi)產(chǎn)品時(shí)，Q2重新打開(kāi)，電池連接到系統。
動(dòng)態(tài)電源路徑管理（DPPM）
DPPM是電源路徑設備的另一個(gè)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(shí)自動(dòng)對系統進(jìn)行優(yōu)先級排序。輸入源電流會(huì )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(gè)閾值時(shí)，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(shí)施可有效防止系統崩潰。
輸入電壓動(dòng)態(tài)電源管理（VIN-DPM）
通常與DPPM混淆的另一個(gè)功能是VIN-DPM。這一機制聽(tīng)起來(lái)非常相似，但重點(diǎn)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(mǎn)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(diǎn)。正在充電的設備可能需要適用于各種類(lèi)型（甚至未知的）適配器。如果輸入源過(guò)載并導致輸入電壓低于欠壓鎖定（UVLO）閾值，則器件會(huì )關(guān)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(kāi)始充電，但適配器會(huì )再次立即過(guò)載并崩潰。這種不良情況被稱(chēng)為“打嗝模式”。參見(jiàn)圖4。
圖4：打嗝模式
VIN-DPM功能可成功解決這一問(wèn)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(gè)閾值，VIN-DPM會(huì )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(fā)現VIN-DPM和DPPM實(shí)際上是兩個(gè)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(gè)功能可以協(xié)調共存，發(fā)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(shí)施VIN-DPM。
本文以線(xiàn)性充電器拓撲結構為例闡釋了一些與電源路徑功能相關(guān)的基本特性，但開(kāi)關(guān)充電器當然也可以具有此功能。 |
