單芯片bq2403x電源路徑管理器在為系統(tǒng)供電的同時可對電池進(jìn)行充電

由于鋰離子電池在重量與容量兩方面都具有較高的能量密度，因此廣泛應(yīng)用于便攜式設(shè)備中。使用智能電話、PDA 及 MP3 播放器等設(shè)備的用戶希望在無需使用電池的情況下，通過輸入電源為設(shè)備供電。這就需要一種被稱為“電源路徑管理”的電源架構(gòu)以單獨(dú)的路徑分別為設(shè)備系統(tǒng)供電并對電池充電。

動態(tài)電源路徑管理 (DPPM) 電池充電器

在最常用的電池充電和系統(tǒng)供電配置中，系統(tǒng)負(fù)載可直接連接到電池充電器的輸出端。雖然這種架構(gòu)不僅簡便易用而且成本較低，但由于電池充電電流的無效控制可能會引起充電異常終止和安全定時器誤報警。

bq2403x 系列 DPPM 電池充電器具有電源共享功能，可在為系統(tǒng)供電的同時對電池進(jìn)行充電。這就避免了充電終止和安全定時器等問題，從而盡可能降低了 AC 適配器的額定功率并提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。這一功能還允許系統(tǒng)在為過度放電的電池充電的同時正常工作。

電源路徑管理電池充電器的結(jié)構(gòu)簡圖如圖 1 所示。當(dāng) AC 適配器接通電源時，MOSFET Q1 對系統(tǒng)總線電壓 VOUT 進(jìn)行預(yù)穩(wěn)壓，該值高于最大電池穩(wěn)壓值 VBAT。這就建立起了適配器輸入端與系統(tǒng)之間的直接路徑。MOSFET Q2 專門用于電池充電，所以電池與系統(tǒng)互不干擾。當(dāng)接通并選中 USB 時，MOSFET Q3 全部開啟，Q3 輸出提供與 USB 輸出幾乎等量的輸出電壓，并由 MOSFET Q2 來控制電池充電。

圖1：電源路徑管理電池充電器的結(jié)構(gòu)簡圖。

DPPM 可動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)總線電壓。如果由于適配器或 USB 的輸入電流較小而引起系統(tǒng)總線電壓降至預(yù)置值，則電池充電電流就會減少直至輸出電壓停止下降。只有 DPPM 控制盡可能處于穩(wěn)態(tài)條件時，系統(tǒng)才能獲得所需電流，并利用剩余電流對電池進(jìn)行充電。正因如此，適配器是基于系統(tǒng)平均功率而設(shè)計的，而不是系統(tǒng)最大峰值功率。這使設(shè)計人員可以采用額定功率較小且成本更低的適配器。

典型 DPPM 應(yīng)用電路如圖 2 所示。當(dāng)系統(tǒng)與電池充電器的電流總量超過 AC 適配器或 USB 的電流限制時，與系統(tǒng)總線相連的電容則開始放電，且系統(tǒng)總線電壓也開始隨之降低。當(dāng)系統(tǒng)總線電壓降至 DPPM 引腳設(shè)置的預(yù)定閾值時，充電電流降低，以防止因 AC 適配器過載而導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。如果充電電流降至 0 A 時仍然無法維持系統(tǒng)總線電壓，則電池將暫時放電，并向系統(tǒng)供電以防止系統(tǒng)崩潰。這就是“電池補(bǔ)充模式”，圖3 為該模式隨同 DPPM 實(shí)驗(yàn)波形工作的情況。

圖2：DPPM 電池充電器。

DPPM 電壓閾值 VDPPM 由電阻器 R3 設(shè)置，且通常低于 OUT 引腳的穩(wěn)壓值，以保證系統(tǒng)安全工作。R3 可由下式計算得出：

式1

R1 的作用是設(shè)置快速充電電流，其可由下式計算得出：

式2

R2 用于設(shè)置安全定時器值。通常要求鋰離子電池的充電溫度范圍介于 0℃～45℃ 之間。RT1 和 RT2 經(jīng)過編程，可用于其他溫度范圍。

電池充電器通過 PSEL 引腳可以選擇 AC 或 USB 電源作為主電源，如果選擇 USB 端口，則可通過 ISET2 選擇最大電流。

圖3：DPPM 實(shí)驗(yàn)波形。

該器件的三個功率 MOSFET 和一個電源控制器均集成在 3.5 x 4.5 毫米散熱增強(qiáng)型 QFN 封裝中。熱調(diào)節(jié)環(huán)路可降低充電電流，以防止硅芯片溫度超過 125℃。無論是有源熱調(diào)節(jié)電路還是有源 DPPM 引起充電電流的降低，安全定時器時間都將自動延長，以防止發(fā)生安全定時器誤報警的意外情況。DPPM 或熱調(diào)節(jié)環(huán)路為有源時可禁用充電終止功能。這種辦法可防止發(fā)生充電異常終止。

結(jié)論

當(dāng)系統(tǒng)總線電壓因輸入電流不足而降至預(yù)設(shè)閾值時，DPPM 會在繼續(xù)為系統(tǒng)負(fù)載供電的同時降低電池充電電流。DPPM 還完全消除了充電異常終止和安全定時器誤報警等電池與系統(tǒng)相互干擾的問題。DPPM 電池充電器非常適用于需要同時為電池充電和為系統(tǒng)供電的應(yīng)用。