基于線性化充電器的系統(tǒng)設計

現(xiàn)今成就卓著的便攜式設備，諸如智能電話、PDA以及便攜式媒體播放器越來越多的應用鋰離子(Li-Ion)電池。此類可充電電池的高需求量促使眾多的第三方供應商不斷開發(fā)出諸如充電座(charging cradle)及充電適配器等附件。此類充電適配器價格低廉，但充電特性及保護功能往往與原廠的OEM適配器有所差別，將會影響到總體的系統(tǒng)性能及可靠性。如果充電器級的設計包含了以下特性，則可實現(xiàn)一個強健的系統(tǒng)，適用于所有的外部AC適配器：

抑制瞬變電壓尖刺的保護

非穩(wěn)壓適配器的輸出電壓特性

散熱管理及失效保護本文將探討在使用不同范圍的AC適配器時上述參數(shù)在系統(tǒng)層次上的影響，并討論如何使用線性化的充電器（具有諸如過壓保護、散熱調節(jié)及動態(tài)計時器的特性）設計出更強健的系統(tǒng)。文中還引用了TI的bq2406X系列作為線性化充電器家族的示例，展示了一系列以滿足以上要求為目的的線性充電器。

多種多樣的AC適配器

當今便攜式系統(tǒng)設計方面的主要問題之一在于適應寬范圍輸入供電源的需求，例如AC適配器、USB纜線或車載/空載的直流輸出。將適配器以低廉的價格推向市場，取代了原本昂貴的原廠(OEM)適配器，從而促進了眾多供應商的開發(fā)歷程，使可充電便攜式設備獲得了廣泛的成就。此類最流行的供電源，如交流適配器，通常可根據其特性劃分為兩部分：穩(wěn)壓適配器(regulated adaptor)，典型的OEM適配器；非穩(wěn)壓適配器(unregulated adaptor)，典型的配件供貨適配器。

穩(wěn)壓適配器的輸出電壓通過內置電路提供非常優(yōu)良的線路及負載調節(jié)。而相反的，非穩(wěn)壓適配器所提供的輸出電壓則取決于負載，線路負載調節(jié)能力不強。適配器在過電流狀態(tài)下的行為也有所差別。穩(wěn)壓適配器在進入過電流區(qū)域時通常具有更為陡峭的過渡區(qū)(transition region)，如圖1所示。



圖1：穩(wěn)壓及非穩(wěn)壓型AC適配器的特性

輸入瞬變及過電壓狀態(tài)

現(xiàn)今的便攜式設備設計于通過上述類型的適配器進行供電，必須整合保護功能，以使得過電壓狀態(tài)下終端設備的風險最小化。過電壓狀態(tài)可分類為兩種模式：直流過電壓以及瞬變過電壓。

通常情況下，直流過電壓源于所插入的配件供貨或非標準適配器上錯誤的輸出電壓。另一方面，瞬變過電壓則發(fā)生于終端設備熱插入適配器的瞬間。瞬變過電壓可輕易的達到2倍的正常適配器輸出電壓，如圖2所示。



圖2：5V、1A適配器（1uF及10uF輸入電容狀態(tài)下）的熱插入瞬變特性

在適當設計時，充電器級可用于將電池和系統(tǒng)與外部供電源隔離，如圖3所示。在此類拓撲中，電池組及系統(tǒng)的正極終端被連接至充電級的輸出。充電器功率級有效的隔離了外部適配器與系統(tǒng)供電總線。