開關(guān)電池充電方案應(yīng)對(duì)便攜設(shè)備充電挑戰(zhàn)

近年來，智能手機(jī)、平板電腦等便攜設(shè)備市場(chǎng)強(qiáng)勁發(fā)展，更大尺寸的屏幕日漸流行，消費(fèi)者對(duì)應(yīng)用處理器、圖形處理器及外設(shè)的電源管理體驗(yàn)的要求越來越高。這些促使便攜設(shè)備采用更大容量的電池，如一些最新智能手機(jī)配備了2000 mAh甚至達(dá)3000 mAh電池，電池生態(tài)系統(tǒng)趨勢(shì)也隨之發(fā)生了重大變化。

此外，許多便攜設(shè)備的輸入連接也從專有方案轉(zhuǎn)為微型USB插口；USB供電(rev 1.0 Jul 2012) 標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，更能適應(yīng)最新的便攜設(shè)備USB端口的供電要求。這些都迫切需要既可提高能效又滿足上述要求的技術(shù)解決方案。推動(dòng)高能效創(chuàng)新的安森美半導(dǎo)體新推出了NCP185x系列開關(guān)電池充電方案，幫助設(shè)計(jì)工程師應(yīng)對(duì)便攜設(shè)備大容量電池的快速充電挑戰(zhàn)，并幫助優(yōu)化用戶體驗(yàn)。

采用新穎的自動(dòng)輸入限流器(AICL)技術(shù)實(shí)現(xiàn)更快速充電

電池充放電管理在便攜設(shè)備設(shè)計(jì)的合理性和可靠性方面至關(guān)重要。電池充放電的挑戰(zhàn)之一是需要強(qiáng)固性、高能效及快速充電時(shí)間來滿足當(dāng)今高性能、空間受限型應(yīng)用的要求。而大容量電池需要更大的充電電流來縮短充電時(shí)間。

傳統(tǒng)線性電池充電方式(包括脈沖方式)在大電流下存在效率較低、發(fā)熱量大等問題。與線性解決方案相比，開關(guān)充電方案有明顯的優(yōu)勢(shì)，如可從輸入轉(zhuǎn)換更多的電能至輸出；工作能效更高，可降低能耗及簡(jiǎn)化手機(jī)設(shè)計(jì)；在輸入源受限時(shí)(如采用5 V，500 mA USB端口充電)，能提供更大的電流。綜合上述優(yōu)勢(shì)，開關(guān)電池充電器件的充電速度可比線性電池充電器快30%。

由于手機(jī)等設(shè)備無法知道用戶使用的電源適配器或USB端口的負(fù)載電流能力，所以充電管理器件必須具有檢測(cè)適配器或USB端口負(fù)載電流的功能，以確保手機(jī)設(shè)備在安全電流條件下工作。在充電結(jié)束后，充電管理器件應(yīng)斷開與系統(tǒng)的連接，系統(tǒng)從外部電源取電；只有當(dāng)外部電源移出時(shí)，系統(tǒng)才從電池取電。

安森美半導(dǎo)體的NCP185x系列開關(guān)電池充電器件就是一種新的充電技術(shù)。其充電過程迅速，具有自動(dòng)輸入限流(AICL)功能；在充電結(jié)束時(shí)還可自動(dòng)斷開電池連接，延長(zhǎng)電池壽命。它可以提供更大的輸出電流，效率高達(dá)85％，發(fā)熱量小，實(shí)現(xiàn)更快、更安全高效的充電，有助于提升用戶體驗(yàn)；還可以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

NCP185x系列在輸入源受限的情況下，采用符合100 mA、500 mA、900 mA或1.5 A USB充電規(guī)范的輸入電流限制器，利用自動(dòng)檢測(cè)模式在最大充電電流時(shí)進(jìn)行調(diào)整，使其適應(yīng)輸入源的能力，并可縮短最少達(dá)10分鐘的總體充電時(shí)間。

充電結(jié)束時(shí)自動(dòng)斷開電池連接，延長(zhǎng)電池使用壽命

不少用戶經(jīng)常抱怨電池壽命短，許多便攜系統(tǒng)的電池壽命在使用幾個(gè)月后就受到明顯影響，原因是電池在充電結(jié)束后還一直在充電。優(yōu)化電池總體壽命的方法是在充電結(jié)束時(shí)電池連接即自動(dòng)斷開。安森美半導(dǎo)體NCP185x帶有充放電路徑管理功能，可以在系統(tǒng)充電結(jié)束時(shí)自動(dòng)斷開電池連接，系統(tǒng)僅從外部帶有適配器或USB端口取電，僅在出現(xiàn)峰值電流活動(dòng)(大于外部電源適配器所能提供的電流，如使用GSM)時(shí)，才導(dǎo)通電池與系統(tǒng)之間連接，短時(shí)間從系統(tǒng)補(bǔ)充電流，其他時(shí)間電池與系統(tǒng)保持管理。在外部電源連接情況下，系統(tǒng)優(yōu)先從外部適配器取電，以保存電池電量，延長(zhǎng)電池使用時(shí)間，如圖2所示。

如果使用不帶充放電路徑管理的器件，充電結(jié)束后，充電模塊關(guān)閉，系統(tǒng)開始從電池取電，電池電壓隨之降低，一旦電壓降低到一個(gè)門限值，充電周期重新開始，使電池經(jīng)常處于充放電、再充電循環(huán)之中，容易造成電池過早老化。

即時(shí)導(dǎo)通技術(shù)改善用戶體驗(yàn)

電池充電的另一個(gè)挑戰(zhàn)是需要改善用戶體驗(yàn)。用戶時(shí)常有這樣的疑問：為什么電池電量低時(shí)我要充電5分鐘后系統(tǒng)才能導(dǎo)通系統(tǒng)？這是因?yàn)楫?dāng)用戶連接便攜設(shè)備充電的同時(shí)，通常也需要使用設(shè)備。令人尷尬的是，即使是最新型設(shè)備也要求約5分鐘的初始充電，然后才允許系統(tǒng)啟動(dòng)及使用。如果采用雙路徑管理(DPM)技術(shù)，即可在插入充電線纜時(shí)立即導(dǎo)通便攜設(shè)備。

NCP185x系列就應(yīng)用了這樣的即時(shí)導(dǎo)通系統(tǒng)技術(shù)，由于器件內(nèi)集成的電流源可為電池充電，即使電池電壓非常低，當(dāng)用戶插入電源適配器時(shí)，也可使系統(tǒng)電壓保持在3.6V，讓系統(tǒng)立即開啟，無需等待；另外，內(nèi)部集成的一個(gè)5 V升壓器支持USB On-The-Go(OTG)反向供電，或用于HDMI接口的DDC電壓供電，可以一邊安全地給電池充電，一邊單獨(dú)為系統(tǒng)供電，如圖3所示。當(dāng)電池電壓達(dá)到3.4 V時(shí)預(yù)充電結(jié)束，外部充電MOS管導(dǎo)通，系統(tǒng)電壓跟隨電池電壓。傳統(tǒng)充電器在電池電量低時(shí)，電池需要預(yù)充電一段時(shí)間，等待電池電壓恢復(fù)到最低電壓以上才能開機(jī)。

安森美半導(dǎo)體的器件還支持死電池激活。當(dāng)電池電壓低于2.2 V時(shí)，開關(guān)充電器件提供10 mA小電流激活電池。此時(shí)系統(tǒng)仍可立即開機(jī)。

支持USB OTG附件

對(duì)于平板電腦來說，通常需要支持USB OTG功能。USB OTG附件要求便攜設(shè)備在USB事務(wù)處理中充當(dāng)USB主機(jī)，在VBUS線路上提供5 V輸出電壓，供外設(shè)使用；一些智能手機(jī)帶有HDMI輸出接口，也需要一個(gè)5 V DDC電壓。這通常要使用外部升壓直流-直流(DC-DC)轉(zhuǎn)換器將電池電壓升壓至5 V、500 mA的穩(wěn)壓電壓軌。NCP185x系列器件集成了一個(gè)5 V升壓器，能支持USB OTG附件或HDMI輸出接口，最大提供500 mA電流，并省去了一個(gè)外部升壓轉(zhuǎn)換器。NCP185x系列接地的ID引腳可以識(shí)別USB OTG附件，應(yīng)用反向升壓轉(zhuǎn)換器來提供5 V、500 mA輸出，不僅可以支持USB OTG功能，還可以為物料單(BOM)節(jié)省1顆額外電感。