利用自主電源管理器簡(jiǎn)化鋰離子電池充電過(guò)程

消費(fèi)者對(duì)電池供電手持設(shè)備的小型化、低成本化以及通過(guò)接受多種輸入電源來(lái)實(shí)現(xiàn)易用性的需求對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師帶來(lái)了諸多的挑戰(zhàn)。利用PowerPath電池管理器系列可以有效解決這些挑戰(zhàn)，它具有獨(dú)立的自主操作特性，能夠?qū)Χ喾N電源(如汽車適配器、FireWire輸入、交流電適配器、USB端口和電池本身)之間的無(wú)縫切換實(shí)施高效管理。
　對(duì)于如今的電池供電手持設(shè)備的系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師來(lái)說(shuō)，他們所面臨的一些主要挑戰(zhàn)包括最大限度地降低功耗、最大限度地提高效率、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)以及降低成本。

　　現(xiàn)今的許多便攜式電池供電電子產(chǎn)品可從交流電適配器、汽車適配器、USB端口或鋰離子/聚合物電池獲得電源。然而，對(duì)這些不同電源之間的電源路徑控制進(jìn)行自主管理具有極大的技術(shù)挑戰(zhàn)性。一直以來(lái)，設(shè)計(jì)師們都試圖采取“分立”的方式來(lái)完成該功能，即采用大量MOSFET、運(yùn)算放大器和其他的分立元件，但其間遇到了有可能引發(fā)重大系統(tǒng)問(wèn)題的熱插拔和大涌入電流等難題。近來(lái)，即使是分立IC解決方案也需要采用多顆芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)實(shí)用的解決方案，而集成化的電源管理器IC則能夠輕易地解決這些問(wèn)題。此外，IC的自主獨(dú)立操作還免除了增設(shè)一個(gè)用于實(shí)現(xiàn)充電終止功能的外部微處理器的需要，從而進(jìn)一步地簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。

　　當(dāng)采用諸如FireWire、未穩(wěn)壓的高電壓(>5.5V)交流電適配器和汽車適配器時(shí)，適配器的電壓源和手持設(shè)備中的電池之間的電壓差非常大。因此，線性充電器也許不能夠解決高功耗的問(wèn)題，而采用開(kāi)關(guān)模式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的IC卻能夠改善效率，并減輕熱管理問(wèn)題。值得注意的是，當(dāng)采用USB、鋰離子/聚合物電池或輸入低于5.5V的適配器來(lái)供電時(shí)，線性充電器/電源管理器是更加合適的選擇。

　　PowerPath控制

　　具有PowerPath控制功能的器件可從USB VBUS或交流電適配器電源來(lái)為其自身供電，并對(duì)其單節(jié)鋰離子電池進(jìn)行充電。為了確保一個(gè)滿充電電池在連接總線時(shí)處于未被使用過(guò)的狀態(tài)，該IC通過(guò)USB 總線來(lái)直接向負(fù)載供電，而不是從電池獲取功率。一旦電源拿掉，則電流將通過(guò)一個(gè)內(nèi)部低損耗理想二極管從電池流至負(fù)載，從而最大限度地減少了壓降和功耗。

　　PowerPath控制的特點(diǎn)：

　　1. 從USB電源、交流電適配器或電池獲得電能；

　　2. 向一個(gè)與OUT引腳相連的應(yīng)用電路以及一個(gè)與BAT引腳相連的電池輸送功率(假設(shè)接入了一個(gè)外部電源，而不是電池)；

　　3. 將對(duì)電池充電電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，以確保充電電流與負(fù)載電流之和不超過(guò)已設(shè)置的USB輸入電流限值；

　　4. 交流電適配器電流可通過(guò)一個(gè)外部器件(例如功率肖特基二極管或FET)連接至輸出(負(fù)載側(cè))；

　　5. 具備一項(xiàng)獨(dú)特功能，即可采用由交流電適配器提供電源的輸出在向負(fù)載供電的同時(shí)對(duì)電池進(jìn)行充電；

　　6. OUT引腳上的負(fù)載可優(yōu)先獲得USB輸入電流。

　　理想二極管

　　當(dāng)輸出/負(fù)載電流超過(guò)了輸入電流限值或輸入電源被拿掉時(shí)，一個(gè)低損耗理想二極管將從電池來(lái)提供電源。通過(guò)理想二極管(而不是把負(fù)載直接連接至電池)來(lái)給負(fù)載供電可使一個(gè)滿充電電池在外部電源拿掉之前保持滿充電狀態(tài)。一旦外部電源被移除，則輸出電壓下降，直到理想二極管被施加正向偏壓為止。加有正向偏壓的理想二極管隨后將從電池向負(fù)載提供輸出功率。理想二極管的正向壓降遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)二極管，而且其反向漏電流也更小。小幅的正向壓降減少了功耗和自發(fā)熱，從而延長(zhǎng)了電池的使用壽命。