基于線性化充電器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

現(xiàn)今成就卓著的便攜式設(shè)備，諸如智能電話、PDA以及便攜式媒體播放器越來(lái)越多的應(yīng)用鋰離子(Li-Ion)電池。此類可充電電池的高需求量促使眾多的第三方供應(yīng)商不斷開(kāi)發(fā)出諸如充電座(charging cradle)及充電適配器等附件。此類充電適配器價(jià)格低廉，但充電特性及保護(hù)功能往往與原廠的OEM適配器有所差別，將會(huì)影響到總體的系統(tǒng)性能及可靠性。如果充電器級(jí)的設(shè)計(jì)包含了以下特性，則可實(shí)現(xiàn)一個(gè)強(qiáng)健的系統(tǒng)，適用于所有的外部AC適配器：

抑制瞬變電壓尖刺的保護(hù)

非穩(wěn)壓適配器的輸出電壓特性

散熱管理及失效保護(hù)本文將探討在使用不同范圍的AC適配器時(shí)上述參數(shù)在系統(tǒng)層次上的影響，并討論如何使用線性化的充電器（具有諸如過(guò)壓保護(hù)、散熱調(diào)節(jié)及動(dòng)態(tài)計(jì)時(shí)器的特性）設(shè)計(jì)出更強(qiáng)健的系統(tǒng)。文中還引用了TI的bq2406X系列作為線性化充電器家族的示例，展示了一系列以滿足以上要求為目的的線性充電器。

多種多樣的AC適配器

當(dāng)今便攜式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的主要問(wèn)題之一在于適應(yīng)寬范圍輸入供電源的需求，例如AC適配器、USB纜線或車(chē)載/空載的直流輸出。將適配器以低廉的價(jià)格推向市場(chǎng)，取代了原本昂貴的原廠(OEM)適配器，從而促進(jìn)了眾多供應(yīng)商的開(kāi)發(fā)歷程，使可充電便攜式設(shè)備獲得了廣泛的成就。此類最流行的供電源，如交流適配器，通?？筛鶕?jù)其特性劃分為兩部分：穩(wěn)壓適配器(regulated adaptor)，典型的OEM適配器；非穩(wěn)壓適配器(unregulated adaptor)，典型的配件供貨適配器。

穩(wěn)壓適配器的輸出電壓通過(guò)內(nèi)置電路提供非常優(yōu)良的線路及負(fù)載調(diào)節(jié)。而相反的，非穩(wěn)壓適配器所提供的輸出電壓則取決于負(fù)載，線路負(fù)載調(diào)節(jié)能力不強(qiáng)。適配器在過(guò)電流狀態(tài)下的行為也有所差別。穩(wěn)壓適配器在進(jìn)入過(guò)電流區(qū)域時(shí)通常具有更為陡峭的過(guò)渡區(qū)(transition region)，如圖1所示。



圖1：穩(wěn)壓及非穩(wěn)壓型AC適配器的特性

輸入瞬變及過(guò)電壓狀態(tài)

現(xiàn)今的便攜式設(shè)備設(shè)計(jì)于通過(guò)上述類型的適配器進(jìn)行供電，必須整合保護(hù)功能，以使得過(guò)電壓狀態(tài)下終端設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)最小化。過(guò)電壓狀態(tài)可分類為兩種模式：直流過(guò)電壓以及瞬變過(guò)電壓。

通常情況下，直流過(guò)電壓源于所插入的配件供貨或非標(biāo)準(zhǔn)適配器上錯(cuò)誤的輸出電壓。另一方面，瞬變過(guò)電壓則發(fā)生于終端設(shè)備熱插入適配器的瞬間。瞬變過(guò)電壓可輕易的達(dá)到2倍的正常適配器輸出電壓，如圖2所示。



圖2：5V、1A適配器（1uF及10uF輸入電容狀態(tài)下）的熱插入瞬變特性

在適當(dāng)設(shè)計(jì)時(shí)，充電器級(jí)可用于將電池和系統(tǒng)與外部供電源隔離，如圖3所示。在此類拓?fù)渲?，電池組及系統(tǒng)的正極終端被連接至充電級(jí)的輸出。充電器功率級(jí)有效的隔離了外部適配器與系統(tǒng)供電總線。