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动态电源路径管理的高效开关模式充电器系统设计注意事项

52RD.com 2012年9月12日 我爱研发网            评论:0条 我来说两句
  

    随着诸如平板电脑和智能手机等便携式设备的迅速增长和不断涌现,要想实施电池管理以达到更高的电池供电系统性能,变得越来越困难。电池管理系统必须拥有一定的智能,以支持各种适配器类型和电池化学物质,并提高电池充电效率。与此同时,提供良好的用户体验也越来越重要,例如:系统快速开机、长电池使用时间和快速充电等。本文将讨论如何利用输入电流和输入电压型动态电源管理 (DPM) 控制来提高电池充电性能,以防止系统崩溃以及最大化适配器有效功率,并为您说明延长电池工作时间的一些重要设计考虑因素。

    引言

    终端用户对于快速充电和高效充电的需求日益增长。锂离子(Li-Ion)电池是一种理想的选择,因为其拥有非常高的能量密度。这种电池具有高充电电流,能够很好地适用于10英尺平板电脑应用,可用于6 Ah以上的高电池组容量。平板电脑要求具有优异的散热性能和快速开机特性,即使是深度放电的电池也是如此。这些要求给设计人员带来了诸多设计挑战。首先是,如果最大化电源的有效功率,以高效、快速地对电池充电同时电源不能崩溃。其次是,如何在系统保持运行的同时,对深度放电的电池进行充电。最后是如何提高散热性能。

    动态电源路径管理

    如何最大化有效功率,从而实现快速、高效的电池充电呢?所有电源都有其输出电流或者功率限制。例如,高速USB(USB2.0)端口的最大输出电流为500 mA,而超高速USB(USB3.0) 端口的最大输出电流为900 mA。如果系统功率需求超出电源的有效功率,电源便会崩溃。对电池充电时,我们如何在最大化功率输出的同时防止电源崩溃呢?我们使用了三种控制方法:输入电流型DPM、输入电压型DPM和电池补充模式。

    图1显示了使用DPM控制的高效开关模式充电器。MOSFET Q2和Q3以及电感L组成一个同步开关降压式电池充电器。这种组成方法达到了最高电池充电效率,充分利用适配器功率,从而实现了最为快速的电池充电。MOSFET Q1用作一个电池反向阻塞MOSFET,目的是防止电池漏电通过MOSFET Q2体二极管流至输入。另外,它还用作一个输入电流检测组件,以监控适配器电流。

    MOSFET Q4用于主动监测和控制电池充电电流,以实现DPM。当输入功率足以同时支持系统负载和电池充电时,使用ICHG理想充电电流值对电池充电。如果系统负载ISYS突然增加,并且其总适配器电流达到电流限制设置IREF,则输入电流调节环路主动进行调节,并将输入电流维持在预定义输入基准电流IREF电平。通过降低充电电流并优先为系统供电,让其达到最高系统性能,可以实现这个目标。因此,可以在输入电源不崩溃的情况下,始终最大化输入功率,同时在系统和电池充电之间动态地共享有效功率。

 

图1:输入电流型动态电源管理

(52RD.com)

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