動態電源路徑管理的高效開關模式充電器系統設計注意事項

圖 2 輸入電壓型動態電源管理

輸入電流和輸入電壓型 DPM 控制都可以從適配器獲取最大功率的同時而不使適配器崩潰。對于諸如智能電話和平板電腦等便攜式設備來說，系統負載通常隨高脈動電流而動態變化。即使是充電電流已經降至零，如果脈動系統峰值功率高于輸入功率，那會出現什么情況呢？在沒有主動控制的情況下，輸入電源可能會崩潰。

一種解決方案是增加適配器額定功率，但這會增加適配器的尺寸和成本。另一種方案是除適配器提供的有效功率以外再為系統補充額外功率，以對電池臨時放電。因此，電池會開啟 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 控制和電池補充功率模式，可實現對適配器的優化，以支持平均功率而非最大峰值系統功率，達到降低成本和實現最小解決方案尺寸的目的。
提高系統性能設計考慮
一些便攜式電源系統，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，當連接適配器時系統都要能夠快速開啟。

讓我們來回顧圖 1-2 所示系統，并使用一個單節鋰離子電池系統作為舉例。如果在不使用MOSFET Q4 的情況下將電池直接連接至系統，V_BUS 的系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，其電壓不足以開啟系統。終端用戶需要等電池充電至 3.4V 之后，才能開啟系統。為了支持系統快速開機，需要添加一個 MOSFET Q4，讓系統在線性模式下工作，以維持最小系統工作電壓，并同時對深度放電的電池充電。最小系統電壓由開關式轉換器調節，而充電電流則由 LDO 模式通過控制 MOSFET Q4 來調節。一旦電池電壓達到最小系統工作電壓，MOSFET Q4 便完全開啟。它的充電電流通過同步降壓轉換器的占空比調節。因此，系統電壓始終維持在最小系統工作電壓和驅動系統的最大電池電壓之間。

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。就單節電池供電系統而言，典型的最小系統電壓為 3.4V 左右，以達到系統所要求的 3.3V輸出。如果 MOSFET Q4 的導通電阻為 50 mΩ，并且電池放電電流為 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，適用于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 用于檢測輸入電流和電池充電電流，目的是進一步最小化系統解決方案尺寸。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制。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制對電池充電—即使系統為關閉狀態。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。

圖 3 使用動態電源管理的 4A I²C 高效開關模式充電器