USB電池充電基礎(chǔ)：應(yīng)急指南

　　電池負(fù)載切換(智能電源)與直接連接

　　在USB和適配器供電的充電應(yīng)用中，一個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)因素是充電電路是否直接連接到電池和系統(tǒng)負(fù)載，或者在連接外部電源時(shí)是否需要額外的開(kāi)關(guān)斷開(kāi)電池與系統(tǒng)的連接，這兩種情況如圖8所示。

圖8. 直接連接充電器及Maxim的智能電源選擇(Smart Power Selector?)技術(shù)示意圖

　　直接連接結(jié)構(gòu)是最簡(jiǎn)單、最經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)方式。如果電池深度放電后施加外部電源，將會(huì)顯露出它的主要缺陷。這種情況下，系統(tǒng)可能不能啟動(dòng)，直到電池達(dá)到可接受的水平。有些應(yīng)用中，等待電池充電到一定程度，然后再恢復(fù)所有功能，用戶也是可以接受的；然而，有些應(yīng)用中，無(wú)論電池狀態(tài)如何，“必須”要求連接外部電源時(shí)能夠立即工作。后一種情況下，Maxim的智能電源選擇器允許系統(tǒng)在電池深度放電狀態(tài)下使用外部電源供電，參見(jiàn)圖9。

圖9. 具有智能電源選擇器的雙輸入USB/適配器(例如MAX8934)，在連接外部電源時(shí)能夠立即為系統(tǒng)供電，并同時(shí)為完全放電的電池充電。

　　圖9中，系統(tǒng)負(fù)載輸出(SYS)和電池(BAT)之間的內(nèi)置低阻(40mΩ) MOSFET在充電和放電工作期間負(fù)責(zé)多項(xiàng)功能。充電期間，該智能電源選擇器開(kāi)關(guān)充分利用有限的USB或適配器電源，在確保系統(tǒng)供電的前提下為電池充電。它還將電池作為一個(gè)緩沖儲(chǔ)能裝置，在負(fù)載瞬時(shí)發(fā)生超過(guò)輸入限流的峰值電流時(shí)保證系統(tǒng)供電。放電期間，該開(kāi)關(guān)提供一條從電池到系統(tǒng)的低損耗通路。

　　系統(tǒng)軟件處理與USB主機(jī)的通信并向充電器發(fā)送命令。MAX8394管理充電硬件，并提供簡(jiǎn)單的通信，設(shè)置USB、適配器充電相關(guān)的參數(shù)。預(yù)設(shè)USB輸入電流門限，確保不超過(guò)規(guī)定的限制，適配器使用用戶設(shè)置的電流。充電器還向系統(tǒng)提供完整的狀態(tài)和故障信號(hào)。

　　MAX8934具有最新的充電安全特性，包括日本電子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)(JEITA)規(guī)定的與溫度相關(guān)的充電協(xié)議，在溫度升高時(shí)暫?；驕p緩充電。此外，輸入具有高達(dá)16V的過(guò)壓保護(hù)(OVP)，并且器件在極端條件下通過(guò)減小充電電流限制溫度的上升。

　　高達(dá)2A的開(kāi)關(guān)模式快速充電器，發(fā)熱最小

　　有些緊湊設(shè)備需要較大的充電電流(超過(guò)1A)，無(wú)法承受線性充電器在高充電速率下產(chǎn)生的過(guò)多熱量。針對(duì)這種需求，MAX8903 (圖10)提供了一個(gè)4MHz DC-DC轉(zhuǎn)換器，在保持器件最小面積的同時(shí)，能夠從適配器電源為電池提供高達(dá)2A的電流。與MAX8934一樣，MAX8903為雙輸入設(shè)計(jì)，通過(guò)獨(dú)立的連接接受USB和適配器輸入。與之前輸入電源和電池電源關(guān)斷操作一樣，自動(dòng)進(jìn)行電源之間的切換。

圖10. 具有智能電源選擇器的MAX8903開(kāi)關(guān)模式充電器，可從適配器輸入提供高達(dá)2A電流，從USB源提供500mA電流。

　　MAX8903的4MHz開(kāi)關(guān)頻率使開(kāi)關(guān)模轉(zhuǎn)換器的有源元件保持在最小尺寸，在考慮了較低的功耗后，利用該器件構(gòu)建的2A充電器會(huì)小于等效的線性充電器。實(shí)際上，考慮到熱耗散，大多數(shù)便攜設(shè)備在任何條件下都不能支持2A的線性充電架構(gòu)。