如何應(yīng)用開關(guān)PowerPath管理器來提高鋰離子電池充電速度

　　現(xiàn)在我們來看另一種情形，就是負(fù)載電流超過了輸入限流設(shè)定值。此時(shí)，輸入限流控制電路開始起作用，而且中間節(jié)點(diǎn) （VOUT） 上的電壓下降至剛好低于電池電壓，從而使電池成為提供額外電流的一個(gè)電源。雖然這是一種期望的工作特性 （可確保負(fù)載電流擁有高于充電電流的優(yōu)先級(jí)），但請(qǐng)注意：此時(shí)傳輸元件的效率不高，因?yàn)樵谳斎胍_ （同樣是5V） 和輸出引腳之間確實(shí)存在一個(gè)很大的電壓差 （現(xiàn)在可能約為3.5V）。

　　從這些例子我們可以看到：雖然線性PowerPath拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能在所有條件下執(zhí)行必需的PowerPath控制功能，但是，它存在著某些固有的低效率缺陷。確切地說，當(dāng)采用線性PowerPath拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，在不同的條件下，兩個(gè)線性傳輸元件當(dāng)中的這個(gè)或那個(gè)很可能會(huì)消耗功率。在下一節(jié)中，我們將了解開關(guān)PowerPath是如何克服線性PowerPath的缺點(diǎn)。

　　新興方法：運(yùn)用開關(guān)PowerPath來實(shí)現(xiàn)高效率

　　圖3示出了線性PowerPath的一種替代方案，即：開關(guān)PowerPath。這里，一個(gè)降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器把功率從輸入連接器輸送至中間節(jié)點(diǎn) VOUT。一個(gè)線性電池充電器被連接在中間節(jié)點(diǎn)和電池之間，這一點(diǎn)和線性PowerPath是一樣的。開關(guān)PowerPath與線性PowerPath的顯著差異是：從VIN至VOUT的路徑保持了較高的效率 （這與電壓差無關(guān)），因?yàn)樗且粭l開關(guān)路徑，而非線性路徑。

　　圖3：開關(guān)PowerPath方框圖。與線性PowerPath相比，開關(guān)PowerPath方案的一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)是：從VIN至VOUT的路徑保持了較高的效率 （這與VIN/VBAT之比無關(guān)）

　　那么，作為總效率的另一個(gè)重要組成部分，線性電池充電路徑的效率又如何呢？VOUT和電池之間的電壓降將使通過采用開關(guān)穩(wěn)壓器而實(shí)現(xiàn)的效率提升喪失殆盡。由于擁有一種被稱為Bat-TrackTM的功能，因此，采用LTC4088和LTC4098時(shí)的總效率保持在很高的水平上。利用Bat-Track功能，可將開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出電壓設(shè)置成跟蹤電池電壓 + 幾百mV的壓差。由于輸出電壓絕不會(huì)明顯高于電池電壓，因此線性電池充電器所消耗的功率一直極少。電池充電器傳輸元件把大部分電壓控制任務(wù)托付給了開關(guān)穩(wěn)壓器，而只負(fù)責(zé)控制充電電流、浮動(dòng)電壓和電源安全監(jiān)視 —— 這些都是它的強(qiáng)項(xiàng)。

　基于USB的恒定功率充電

　　目前，許多便攜式產(chǎn)品的一個(gè)重要特點(diǎn)是具備了從一個(gè)USB端口進(jìn)行充電的便利。LTC4088和LTC4098具有一個(gè)獨(dú)特的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)使得它們能夠限制其輸入電流消耗 （以適應(yīng)那些符合USB規(guī)格的應(yīng)用），并最大限度地增加可提供給負(fù)載和電池充電的功率。這兩款器件不僅具有低 （100mA） 和高 （500mA） 功率USB設(shè)定值，而且還支持一個(gè)較高的1A功率設(shè)定值，以滿足墻上適配器應(yīng)用的需要。

　　對(duì)于那些采用大型電池的產(chǎn)品，USB電流控制會(huì)成為決定輸送多少功率至電池 （用于充電） 的限制因素。當(dāng)采用線性PowerPath拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，輸入和輸出被限流 —— 負(fù)載電流與電池充電電流之和不能超過輸入電流。在該場(chǎng)合中，開關(guān)PowerPath明顯優(yōu)于線性PowerPath。在開關(guān)PowerPath拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，輸入仍然被限流，但這僅僅限制了至負(fù)載和充電器的可用功率。這是一個(gè)很重要的區(qū)別。圖4給出了一個(gè)實(shí)例，它說明了LTC4088是如何實(shí)現(xiàn)高達(dá)40% 的充電電流增幅 （相比于線性PowerPath設(shè)計(jì)）。

　　圖4：輸入功率受限時(shí)的充電電流

　　請(qǐng)注意，盡管USB電流被限制為500mA，但是，由于開關(guān)PowerPath系統(tǒng)具有高效率，因此充電電流可以高于500mA。于是，較高的效率不僅產(chǎn)生的熱量極少，而且還縮短了充電時(shí)間。

　　與采用輸出電流受控型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) （旨在保持與USB規(guī)格的相符性） 的器件相比，LTC4088和LTC4098的輸入電流受限型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有一項(xiàng)重要的優(yōu)勢(shì)。這是因?yàn)殡S著電池電壓在整個(gè)充電周期中的上升，電池所消耗的有效功率也將增加 （假設(shè)電流是恒定的）。為了在輸出電流受控型系統(tǒng)中保持與USB規(guī)格的符合性 （假設(shè)具有理想的效率），將不得不把電池充電電流限制至其功