充电输出架构

随着内置功能越来越多，越来越智能的电子设备在更具吸引力的同时也更加耗电，可充电电池因此成为了一个经济的选择。近年来，随着创新应用、新兴技术和新电池化学成分的出现，充电器的需求不断发展。例如，可穿戴设备领域的新应用（如智能银行卡、智能服装和医疗贴片）引领着解决方案变得更小巧便宜，同时也推动着电池朝更小更高功率密度的方向发展。

设计师的典型问题或疑虑包括：“我如何最大限度地延长电池的使用时间？”“我如何延长产品的保质期？”“是否有可能对电池进行过度放电？”“如果电池缺失或损坏会发生什么？”“如何让我的产品与较弱的适配器一起工作？”，以及“我可以将相同的充电器用于不同的设计和不同的电池吗？”在本文中，我将讨论线性充电器的不同功能如何帮助解决这些问题。

电源路径

电源路径功能可通过在充电器内部增加一个开关，使单独的输出为系统供电并为电池充电。这种架构会导致其他一些特性。  让我们先看看图1，该图显示了一个没有电源路径的简单线性充电器。系统输入和电池电极连接到相同的充电器输出节点。这种非电源路径架构因其简单和小巧的解决方案而受到欢迎；实例包括bq24040和bq25100电池充电器。图2显示了bq25100的评估模块（EVM）。

 

图1：简单的非电源路径线性充电器图
 

图2：bq25100 EVM

然而，这种架构有一些局限。充电器输出、电池电极和系统输入都在同一点连接。如果电池深度放电或有缺陷，那么即使连接外部电源，也可能无法启动系统。在系统启动之前，电池需要充电到一定的电压水平。因此，如果产品的电池深度放电，终端用户可能会在插入适配器时认为系统已经损坏，并且由于系统无法启动而没有任何情况发生。如果产品的电池确实存在缺陷，则系统可能永远无法启动。对于使用可拆卸电池的产品，可能需要使用不同的封装来拆卸和更换缺陷电池。但是，如果电池嵌入在设备内，则缺陷电池会使整个产品无法使用。

种架构的另一个问题是充电器只能检测到流入电池和系统的总电流。如果系统正在运行，则充电器如何确定电池电流是否达到终止电平？

所有问题的解决方案非常简单——只需在系统输入和电池电极之间添加另一个开关。图3显示了电源路径线性充电器架构。除了从外部电源引入电流的Q1场效应晶体管（FET）之外，必要时需再增加一个开关（Q2）使电池与系统分离。系统始终具有输入电源的优先级，当终端用户插入适配器时，系统可以立即打开。如果适配器在支持系统负载时还剩下额外的电源，电池可以充电。

图3：电源路径线性充电器图

这种方法还允许充电器独立地监控电池的充电电流(与适配器的总电流相反)，以允许适当的终止和检查任何故障情况。

bq24072器件系列包括独立式电源路径线性充电器。bq25120A是一款集成度更高的新型器件。除了电源路径线性充电器之外，它还集成了DC-DC降压转换器、LDO、按钮控制器和具备客户可编程性的I2C接口。


运输模式

运输模式通常是设备的最低静态电流状态。为了最大限度地延长贮藏寿命，制造商在产品出厂前就已经启用了这种状态，以期待终端用户获得产品时电池电量不会耗尽。通过关闭电源路径充电器中的Q2，运输模式电路实质上断开了电池的连接，以防止电池泄漏到系统中。当终端用户第一次打开产品时，Q2重新打开，电池连接到系统。


动态电源路径管理（DPPM）

 DPPM是电源路径设备的另一个功能。它可以监测设备的输入电压和电流，并在适配器不能支持系统负载时自动对系统进行优先级排序。输入源电流会在系统负载和电池充电之间共享。如果系统负载增加，此功能可降低充电电流。当系统电压下降到某个阈值时，电池可以停止充电，并将电池放电以补充系统电流要求。此特性的实施可有效防止系统崩溃。


输入电压动态电源管理（VIN-DPM）

通常与DPPM混淆的另一个功能是VIN-DPM。这一机制听起来非常相似，但重点却完全不同。输入电源或适配器具有额定功率。在某些情况下，输入电源的功率并不足以满足设备的需求。在USB标准不同的情况下，如今设计人员更普遍地认识到了这一点。正在充电的设备可能需要适用于各种类型（甚至未知的）适配器。如果输入源过载并导致输入电压低于欠压锁定（UVLO）阈值，则器件会关闭并停止充电。电源负载消失，适配器恢复。其电压回升到高于UVLO并重新开始充电，但适配器会再次立即过载并崩溃。这种不良情况被称为“打嗝模式”。参见图4。

图4：打嗝模式

VIN-DPM功能可成功解决这一问题，因为它可以连续监测充电器的输入电压。如果输入电压低于某个阈值，VIN-DPM会调节充电器以减少输入电流负载，从而防止适配器崩溃。

现在您可以发现VIN-DPM和DPPM实际上是两个完全不同的功能。VIN-DPM可监控适配器的输出（或充电器的输入）并将其保持在一定的水平。DPPM可监控充电器输出（或系统导轨）并将其保持在最低预定水平。这两个功能可以协调共存，发挥作用，以便在不同的操作条件下平稳运行。并非所有充电器都具有这两种功能。您也可以在非电源路径充电器上实施VIN-DPM。

by TI Pearl Cao