電池充電器功能與充電拓撲結(jié)構(gòu)的詳解

　　在《為工業(yè)應用選擇正確的電池充電器》中，我們討論了獨立與主機控制的充電器和外部與集成開關(guān)FET。現(xiàn)在讓我們來看看不同的充電拓撲結(jié)構(gòu)。

　　首先，我們必須更好地理解電池充電器功能：動態(tài)電源管理（DPM）和動態(tài)電源路徑管理（DPPM）。這兩個功能與充電拓撲結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，同樣重要。不同的拓撲結(jié)構(gòu)決定了DPM和DPPM性能以及與所選不同元件相關(guān)的總成本。對于低功率應用，NVDC充電器以其較低的成本和DPM/DPPM功能引起了人們的關(guān)注。對于更高功率的應用，則選擇傳統(tǒng)的充電拓撲結(jié)構(gòu)以降低功耗。

　　具有更高輸出額定值的適配器通常更貴。為了降低成本，您可能想使用額定值較低的適配器，但這樣做需要帶有基于電流的DPM功能的充電器，以防止適配器過載。此保護是為了防止總系統(tǒng)負載和電池負載超過適配器可以提供的總功率。例如，bq24133等具有基于電流的DPM的充電器可以處理寬輸入電源而不會發(fā)生過載（圖1）。

　　圖1：基于電流的DPM

　　為了獲得峰值系統(tǒng)性能，還需要DPPM功能，以便充電器可以以補充模式工作，使電池可以通過電池FET為系統(tǒng)提供電源，而不是必須充電（圖2）。在設計時，應該考慮性能和成本之間的權(quán)衡。更高的性能通常與更高的成本相關(guān)。諸如TI的bq24610等充電器控制器具有DPM和DPPM控制，可支持高達10A的充電電流。

　　圖2：DPPM電流路徑示例

　　已經(jīng)對DPM和DPPM有了更好的理解，我們現(xiàn)在可以探討充電拓撲結(jié)構(gòu)。三種最常見的充電拓撲結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)，混合拓撲結(jié)構(gòu)和窄VDC（NVDC）拓撲結(jié)構(gòu)。

　　對于傳統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)充電器如bq24170、同步開關(guān)模式獨立電池充電器和bq24725A SMBus充電控制器，系統(tǒng)軌可以達到最大適配器電壓。如果從電池操作，系統(tǒng)電壓可以低至最小電池電壓。高壓輸入源可能導致系統(tǒng)軌的大幅擺動（圖3）。使用此拓撲結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是系統(tǒng)從輸入源可以獲得最大功率。其缺點是解決方案總成本高，因為元件需要處理高功率，所以更貴。

　　圖3：傳統(tǒng)充電拓撲結(jié)構(gòu)

　　在一些應用中，系統(tǒng)僅需要峰值功率輸送。設計用于正常運行的適配器不能滿足峰值功率需求，而且傳統(tǒng)的充電拓撲結(jié)構(gòu)不允許電池在補充模式下工作提供額外的功率。這一問題的解決方案是混合充電拓撲結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

　　圖4：混合充電拓撲結(jié)構(gòu)

　　在混合充電拓撲結(jié)構(gòu)中，電池可以以升壓模式中向系統(tǒng)提供額外的功率用于峰值功率輸送。bq24735和bq24780S等電池充電器IC屬于這一類拓撲結(jié)構(gòu)?；旌铣潆娡負浣Y(jié)構(gòu)也稱為“渦輪增壓”模式。這種拓撲結(jié)構(gòu)在筆記本電腦應用中非常流行。

　　傳統(tǒng)和混合充電拓撲結(jié)構(gòu)都需要系統(tǒng)軌來處理與輸入源相同的高電壓。然而，在一些應用中，系統(tǒng)軌需要采用較低額定值的元件以降低成本。在這種情況下，可以考慮bq24770或bq24773等產(chǎn)品中含有的NVDC拓撲結(jié)構(gòu)，通過控制電池FET使系統(tǒng)電壓與電池電壓非常接近，如圖5所示。

　　圖5：NVDC充電拓撲結(jié)構(gòu)

　　在設計充電系統(tǒng)時，必須平衡性能、功能和解決方案成本。選擇正確的拓撲結(jié)構(gòu)和設備可以實現(xiàn)更高的效率，同時保持最低的解決方案成本。