基于線性化充電器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作者：時間：2010-08-30 來源：網(wǎng)絡(luò)

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圖3：充電器級將外部供電源與電池和系統(tǒng)隔離

如圖3所示的拓?fù)淇蓪?shí)現(xiàn)強(qiáng)健的設(shè)計(jì)，其充電器級整合了輸入過電壓保護(hù)(OVP)功能，可監(jiān)測輸入電壓并在探測到直流過電壓狀態(tài)時使充電器級失效。當(dāng)充電器級失效時，系統(tǒng)的供電總線與適配器的輸出完全隔離。對于5V的穩(wěn)壓適配器，輸入過電壓保護(hù)限制通常設(shè)定為6.5V。bq2406X系列提供了6.5V及10.5V的選項(xiàng)以同時適應(yīng)于穩(wěn)壓及非穩(wěn)壓型的適配器。

為隔離并保護(hù)系統(tǒng)及電池免受外部電源瞬變過電壓狀態(tài)的損害，充電器級應(yīng)具有約2倍于一般額定適配器電壓的輸入電壓限定范圍。

需要注意的是，在上述所討論的拓?fù)渲校糇钚』到y(tǒng)電流（例如待機(jī)[stand-by]模式下）高于結(jié)束(termination)電流限，則可能產(chǎn)生潛在的鎖定(lock out)狀態(tài)。在系統(tǒng)電流超過結(jié)束電流限之時，終止將無法進(jìn)行檢測。安全計(jì)時器將被激活，充電器級將在電池充至滿容量之前就掉電(power down)。為解決該潛在的問題，bq2406X系列針對設(shè)備在電池充電器開啟時高功率模式，提供了失效及安全計(jì)時器選項(xiàng)，以及充電終止功能。

散熱管理及失效保護(hù)

線性化充電器中至系統(tǒng)供電總線的高輸入電壓差分將導(dǎo)致芯片溫度上升，乃至超過最大結(jié)點(diǎn)溫度(junction temperature)值并產(chǎn)生熱燒毀。為避免該問題，此類設(shè)計(jì)必須考慮強(qiáng)健的散熱管理配置，同時包括了熱關(guān)斷(thermal shutdown)及熱調(diào)節(jié)(thermal regulation)。

依照一般的規(guī)則，所有的集成充電器IC都必須具有熱關(guān)斷，一旦IC的內(nèi)部結(jié)點(diǎn)溫度超過最大結(jié)點(diǎn)溫度值，熱關(guān)斷將被觸發(fā)，以確保運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不會產(chǎn)生熱燒毀。在典型的應(yīng)用中，當(dāng)充電電流1A而充電電壓高于電池電壓2-3V時，熱關(guān)斷將被激活。激活狀態(tài)下，熱關(guān)斷電路將關(guān)閉充電器功率級，以避免熱燒毀。通常的熱關(guān)斷電路都具有設(shè)計(jì)上的滯后效應(yīng)。當(dāng)芯片溫度降低，功率級方可重新開啟。若芯片溫度再度上升，熱關(guān)斷電路將再次被觸發(fā)。其散熱所維持時間可達(dá)數(shù)秒，取決于PCB的布板，此類工作模式在以充電狀態(tài)LED指示時一般被稱為“閃光”（flashing）模式。

為解決此類散熱問題，可添加一個散熱回路，以降低充電電流，確保IC結(jié)點(diǎn)溫度低于熱關(guān)斷限。如圖3所示，bq2406X系列線性化充電器添加了散熱回路以支持運(yùn)轉(zhuǎn)。散熱回路在激活狀態(tài)下可有效的降低充電電流，降低充電器級供電MOSFET的功耗。

圖4：散熱回路在輸入電壓瞬變情況下的運(yùn)轉(zhuǎn)

需要注意到，具有散熱回路的線性化充電器在輸入電壓過高的情況下，充電電流可降至非常低的值。在此類狀況下，失效終止(false termination)可針對充電電流是否降至低于結(jié)束限進(jìn)行檢測。為避免此問題，bq2406X將在散熱回路激活時使終止失效。

動態(tài)計(jì)時器控制

充電安全計(jì)數(shù)器用于檢測失效狀態(tài)，如果充電周期持續(xù)超過正常狀態(tài)下所期望的總體時間，且充電電流等于額定的快速充電電流，則判斷失效。在散熱回路激活狀態(tài)下，充電電流降低。若是散熱回路在較長的一段時間內(nèi)被激活，那么失效安全計(jì)數(shù)器的錯誤狀態(tài)即可觀察得出。為避免不期望的錯誤狀態(tài)，bq2406X充電器IC采用了動態(tài)計(jì)時器控制(DTC)，其內(nèi)置電路通過編程調(diào)整計(jì)時終止輸出的時間值，降低安全計(jì)數(shù)器的時鐘效率。DTC電路將在散熱回路被激活時同時啟動。

散熱調(diào)節(jié)功能，并結(jié)合DTC電路，提供了強(qiáng)健的散熱管理及失效保護(hù)配置，以保護(hù)充電器級和系統(tǒng)免遭瞬變或其它過電壓狀態(tài)所造成的散熱錯誤。

結(jié)論

在此所討論的便攜式設(shè)備在廠商之間存在著激烈的競爭，且持續(xù)著革新及差異化。隨著便攜式設(shè)備所安置的使用環(huán)境越來越嚴(yán)苛--例如，在炎熱的夏日將電話放置在汽車內(nèi)充電，或是插入了廉價(jià)的配件供貨或錯誤的適配器--終端用戶將延續(xù)其在強(qiáng)健性及穩(wěn)定性方面對便攜式設(shè)備的挑戰(zhàn)。一類產(chǎn)品與其它產(chǎn)品的主要區(qū)別體現(xiàn)在當(dāng)出現(xiàn)上述不期望的狀態(tài)時，設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性以及強(qiáng)健性。