電池充電器功能與充電拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的詳解

　　在《為工業(yè)應(yīng)用選擇正確的電池充電器》中，我們討論了獨(dú)立與主機(jī)控制的充電器和外部與集成開關(guān)FET?，F(xiàn)在讓我們來看看不同的充電拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

　　首先，我們必須更好地理解電池充電器功能：動(dòng)態(tài)電源管理（DPM）和動(dòng)態(tài)電源路徑管理（DPPM）。這兩個(gè)功能與充電拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)密切相關(guān)，同樣重要。不同的拓?fù)浣Y(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(duì)于低功率應(yīng)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(duì)于更高功率的應(yīng)用，則選擇傳統(tǒng)的充電拓?fù)浣Y(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(hù)是為了防止總系統(tǒng)負(fù)載和電池負(fù)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(huì)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(bǔ)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(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)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(dá)10A的充電電流。

　　圖2：DPPM電流路徑示例

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

　　對(duì)于傳統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)充電器如bq24170、同步開關(guān)模式獨(dú)立電池充電器和bq24725A SMBus充電控制器，系統(tǒng)軌可以達(dá)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(dǎo)致系統(tǒng)軌的大幅擺動(dòng)（圖3）。使用此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)從輸入源可以獲得最大功率。其缺點(diǎn)是解決方案總成本高，因?yàn)樵枰幚砀吖β?，所以更貴。

　　圖3：傳統(tǒng)充電拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　在一些應(yīng)用中，系統(tǒng)僅需要峰值功率輸送。設(shè)計(jì)用于正常運(yùn)行的適配器不能滿足峰值功率需求，而且傳統(tǒng)的充電拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不允許電池在補(bǔ)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖4所示。

　　圖4：混合充電拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　在混合充電拓?fù)浣Y(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?fù)浣Y(jié)構(gòu)?；旌铣潆娡?fù)浣Y(jié)構(gòu)也稱為“渦輪增壓”模式。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在筆記本電腦應(yīng)用中非常流行。

　　傳統(tǒng)和混合充電拓?fù)浣Y(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(yīng)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?fù)浣Y(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?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　在設(shè)計(jì)充電系統(tǒng)時(shí)，必須平衡性能、功能和解決方案成本。選擇正確的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)更高的效率，同時(shí)保持最低的解決方案成本。