由于鋰離子電池在重量與容量?jī)煞矫娑季哂休^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(huà)、PDA 及 MP3 播放器等設(shè)備的用戶(hù)希望在無(wú)需使用電池的情況下，通過(guò)輸入電源為設(shè)備供電。這就需要一種被稱(chēng)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(duì)電池充電。
動(dòng)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(jiǎn)便易用而且成本較低，但由于電池充電電流的無(wú)效控制可能會(huì)引起充電異常終止和安全定時(shí)器誤報(bào)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(shí)對(duì)電池進(jìn)行充電。這就避免了充電終止和安全定時(shí)器等問(wèn)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(guò)度放電的電池充電的同時(shí)正常工作。
電源路徑管理電池充電器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 1 所示。當(dāng) AC 適配器接通電源時(shí)，MOSFET Q1 對(duì)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(zhuān)門(mén)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(shí)，MOSFET Q3 全部開(kāi)啟，Q3 輸出提供與 USB 輸出幾乎等量的輸出電壓，并由 MOSFET Q2 來(lái)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(jiǎn)圖
DPPM 可動(dòng)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(huì)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(shí)，系統(tǒng)才能獲得所需電流，并利用剩余電流對(duì)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(jì)的，而不是系統(tǒng)最大峰值功率。這使設(shè)計(jì)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(guò) AC 適配器或 USB 的電流限制時(shí)，與系統(tǒng)總線相連的電容則開(kāi)始放電，且系統(tǒng)總線電壓也開(kāi)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(shí)，充電電流降低，以防止因 AC 適配器過(guò)載而導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。如果充電電流降至 0 A 時(shí)仍然無(wú)法維持系統(tǒng)總線電壓，則電池將暫時(shí)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(jì)算得出：
R1 的作用是設(shè)置快速充電電流，其可由下式計(jì)算得出：
R2 用于設(shè)置安全定時(shí)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(guò)編程，可用于其他溫度范圍。
電池充電器通過(guò) 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(guò) ISET2 選擇最大電流。
圖 3 DPPM 實(shí)驗(yàn)波形
該器件的三個(gè)功率 MOSFET 和一個(gè)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(guò) 125℃。無(wú)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(shí)器時(shí)間都將自動(dòng)延長(zhǎng)，以防止發(fā)生安全定時(shí)器誤報(bào)警的意外情況。DPPM 或熱調(diào)節(jié)環(huán)路為有源時(shí)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(shí)，DPPM 會(huì)在繼續(xù)為系統(tǒng)負(fù)載供電的同時(shí)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(shí)器誤報(bào)警等電池與系統(tǒng)相互干擾的問(wèn)題。DPPM 電池充電器非常適用于需要同時(shí)為電池充電和為系統(tǒng)供電的應(yīng)用。