靜態(tài)電源路徑管理(SPPM)為手持設備提供了有效的電池充電器方案

　　無論是做什么用途，或制造商是誰，手持式電子設備都有一個共同的特性：一個可充電的電池，多數(shù)情況下還有一個內(nèi)建的充電電路。當一個AC適配器這樣的外部電源或一個USB端口接到手持設備的輸入端，充電電路將對電池充電。當接到外部電源時，如果設備正處在開機狀態(tài)，理想的情形是，設備應當從外部電源汲取盡可能多的功率，以節(jié)省電池壽命。要實現(xiàn)這個功能則需要一個自動的電源選擇電路，這個電路通常是集成在充電控制IC內(nèi)。設計者可以從動態(tài)或靜態(tài)電源路徑管理當中選擇其中的一種，進行電源管理。

　　在電池供電的手持設備中，動態(tài)電源路徑管理(DPPM)是更流行的機制。DPPM功能框圖如圖1所示。主通路元件QMAIN是一個電壓穩(wěn)壓器，提供一個經(jīng)過穩(wěn)壓的輸出電壓VOUT。第二個通路元件QCharge是充電控制元件，由VOUT供電，提供恒定的電流或恒定的電壓對電池充電。在充電期間，如果輸出電流超過電源的電流限值，QCharge就會變成一個開關，將電池連到系統(tǒng)上，提供一部分所需的輸出電流。

　　DPPM有幾個好處。首先，當電池完全放電時(電池耗盡的情況)，DPPM能讓外部電源立刻給設備供電。如果沒有電源路徑管理，在電量耗盡的電池被充電到系統(tǒng)能夠啟動的電壓等級之前(一般是高于3V)，系統(tǒng)是無法上電的。這個等待周期取決于充電電路的涓流充電設定，可能是幾分鐘到十分鐘的時間。其次，當用外部電源對電池充電時，DPPM會把來自外部電源的電流分到兩個路徑中，一條路徑為手持設備提供必要的功率，另一條路徑輸出充電電流，來給電池充電。當外部電源的輸入電流達到限值時，電源路徑管理會對輸入到手持系統(tǒng)的電流進行優(yōu)先級分類。這樣如果當系統(tǒng)工作時，電池正在充電，電池可以在最短的時間內(nèi)充滿，因為動態(tài)控制的充電電流是為這個目標而優(yōu)化的。當外部電源被移走時，QCharge立刻完全打開，把電池連到系統(tǒng)上，向系統(tǒng)輸出所需的全部功率。

　　圖1，動態(tài)電源路徑管理框圖

　　但DPPM機制有一些限制。第一種情況是，當系統(tǒng)電流發(fā)生快速瞬變時，電壓會下降。這種情況如果發(fā)生在電池充電期間，如果系統(tǒng)電流處在突發(fā)方式下，輸出端的負載電流會周期性地迅速從接近零升高到2A以上。由于這個電流超過了輸入電源的最大容量，充電FET不得不將電流反向，提供一部分的突發(fā)電流。由于電流反向需要一定的時間，在這段時間內(nèi)，輸出電壓會降低，導致電流產(chǎn)生畸變，如圖2所示。第二各限制條件是IC設計的成本和復雜度，因為由兩個通路元件需要調(diào)節(jié)。一個元件調(diào)節(jié)到系統(tǒng)的輸出電壓，另一個調(diào)節(jié)對電池充電的電壓或電流。

　　圖2，靜態(tài)電源路徑管理的瞬態(tài)電流響應

　　靜態(tài)電源路徑管路

　　靜態(tài)電源路徑管理(SPPM)是一個簡化的解決辦法，能達到上面提到的第一個目標，不會出現(xiàn)電壓下降的情況。然而，它沒法解決第二個問題，即區(qū)分系統(tǒng)和充電電流的優(yōu)先級。

　　SPPM機制的概念如圖3所示。主FET QMAIN是充電控制器元件。開關SW1連接電池和系統(tǒng)。當電池電壓高于VPPM閾值(系統(tǒng)的最小工作電壓，一般是3.2V)，開關導通，無論外部電源存在與否，電池都會連到系統(tǒng)。這樣，當系統(tǒng)突然汲取電流時，由于開關已經(jīng)處在導通狀態(tài)，電池能夠隨時提供系統(tǒng)所需的電流。這樣就解決了電壓降和電流畸變問題，如圖5所示。由于在設計中僅需要一個調(diào)整元件對電池的充電電壓或電流進行調(diào)節(jié)，IC設計成本和復雜度也降低了。如果需要極低阻抗的開關，圖3中的開關SW1可以放到IC外面來實現(xiàn)，進一步降低成本。

　　如果電池電壓低于VPPM的閾值，SW1就開啟，VOUT將變成4.2V的恒壓源，向系統(tǒng)供電。與此同時，50mA的恒流源ITRKL被激活，在涓流模式下對電池充電，直到電壓達到VPPM閾值(有一定滯后)，然后SW1會關閉，電池就連到系統(tǒng)上。這樣就解決了沒電電池的啟動問題。

　　由于SPPM解決在電池沒電情況下的系統(tǒng)啟動問題，對于手持式應用來說，這是一種很有吸引力的電池充電器解決方案。

　　圖3，靜態(tài)電源路徑管理框圖

　　圖4，靜態(tài)電源路徑管理控制流程

　　圖5，靜態(tài)電源路徑管理的瞬態(tài)電流響應