USB電池充電基礎：應急指南

　　內置過壓和極性反接保護

　　盡管USB充電規(guī)范對電源適配器和充電器進行了一定程度的強制要求，但是針對便攜設備的USB設計仍然比較混亂，尤其是那些選擇使用普通圓形插頭作為電源的應用(只使用適配器或者是雙輸入設備非常普遍)。用戶極容易使用“隨手找到”的、但輸出電壓甚至極性是錯誤的適配器。通過在充電器電源輸入端集成正、負22V保護，MAX8900能夠減輕設計人員的負擔：無需外部保護器件或MOSFET開關(圖11)。

圖11. 具有±22V過壓和極性反接保護的直接連接開關模式充電器

　　MAX8900是一款直接連接充電器，系統(tǒng)通常連接至電池。其3.25MHz開關頻率允許使用非常小的外圍器件，并提供高達1.2A的充電電流，熱耗非常低。除了雙極性輸入保護外，還根據(jù)JEITA規(guī)定，按照溫度的變化調整充電參數(shù)。

　　通過USB為NiMH電池充電

圖12. USB供電的單節(jié)NiMH電池開關模式充電器

　　雖然表面上Li+電池已經占據(jù)整個便攜世界，但NiMH電池并沒有被完全遺棄。令人吃驚的是，盡管單位重量的能量仍然有較大差距，但其單位體積的能量僅比Li+電池低大約15%。NiMH電池的最大缺點是自放電率較高，混合型NiMH電池在很大程度解決了這一問題，例如SANYO? Eneloop?電池，靜態(tài)下一年之后仍然能夠保留85%的電量。NiMH電池的吸引力在于成本低、安全性高、用戶更換方便等，至少標準電池具備這些優(yōu)勢。

　　圖12所示便攜設備由一節(jié)AA型NiMH電池供電，利用USB充電。DS2710充電器開關頻率大約為150kHz，電池充電電流為1.1A (典型AA型NiMH電池在大約0.5°C條件下)。由于降壓轉換器將5V、500mA轉換成電池充電時的1.5V、1.1A，電路供給電池的電流(1.1A)大于從USB接口獲得的電流(500mA)。需要注意的是，由于在低充電速率下不能正確判斷充電終止，只能采用500mA或更大功率的端口進行充電。所以，當枚舉確定只有100mA電流可用時，不應激活充電。系統(tǒng)通過關閉TMR上的Q2，使定時器電阻懸空，停止充電。

　　該充電器另外一項特別有用的功能是：通過檢測電池阻抗確定接入的是否為堿性電池或故障電池，檢測到這種狀況時將禁止充電。這就允許用戶在緊急情況下插入堿性電池，無需擔心意外充電。

　　USB 3.0

　　USB 3.0規(guī)范進一步提高了USB的數(shù)據(jù)速率。規(guī)范在電源方面與USB 2.0相似，只不過“單位負載”從100mA增大至150mA，大功率端口不得不提供6個(而不是5個)單位負載。這就意味著低功率USB 3.0端口可提供150mA電流，大功率USB 3.0端口可提供900mA電流。

　　“假象”—非標準USB充電

　　與所有增加的不同于原始應用的標準一樣，制造商有時為了提供至少受限的充電架構而忽略了USB 2.0規(guī)范的部分要求。通常這種非標準設備在任何條件下吸收的電流都不大于100mA，所以，無論是大功率還是低功率集線器都不會過載。將電流限制在這一水平的缺點是電池充電時間較長，但如果設備在大部分時間都連接至USB端口，或許仍可接受。除了充電時間較長外，這種方式還有另外一個局限性：如果系統(tǒng)電池已完全放電，啟動所有系統(tǒng)功能須延遲到電池達到足夠電量的水平。

　　非標準充電的另一方面涉及到USB掛起的處理。USB 2.0規(guī)定所有設備在一定周期內沒有總線操作時必須掛起(吸收電流小于2.5mA)。由于編制該規(guī)范時沒有包括充電，所以沒有考慮設備在關閉時繼續(xù)保持電池充電的情況。然而，由于大多數(shù)USB主機實際并不關閉電源，這種違反規(guī)范的操作也很少妨礙充電。

　　非標準充電假設可以獲得500mA電流，指示用戶插入到能夠提供500mA電流的電源端口和集線器。如上所述，由于大多數(shù)USB端口不關閉電源，這種方法在大多數(shù)情況下有效。當這樣的設備插入到不支持500mA電流的端口時，端口將按規(guī)定關斷。然而，USB端口的過載狀況并非任何情況下都給出了清晰的定義，會導致系統(tǒng)復位或損壞。幸運的是，電池充電已經是USB規(guī)范的一個有機組成部分，所以不再需要如此的冒險操作。

　　結論

　　USB充電具有多種形式，取決于不同USB設備的獨特要求。USB電池充電規(guī)范1.1版最終對之前的許多充電操作進行了規(guī)范。隨著BC1.1標準的普及，將會降低制造商和消費者的成本。該標準應用的普及也會提高系統(tǒng)的互操作性。盡管如此，USB規(guī)范也僅僅規(guī)定了從端口獲取多大功率，仍然將電源管理架構和充電規(guī)范留給用戶去判讀。這正是Maxim各種充電器件的用武之地，它們能夠為幾乎所有USB連接的便攜設備提供安全、可靠的電池充電器。

　　表1匯總了以上討論的充電器，這些僅僅是Maxim產品的一小部分，更多產品選擇請訪問電池管理。

表1. 具有代表性的USB電池充電器