利用USB-C實現(xiàn)并聯(lián)電池充電如何幫助提升用戶體驗
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
掃碼關(guān)注
獲取最新最全汽車電子
技術(shù)方案與實用技巧
什么是并聯(lián)電池充電？
在電池管理系統(tǒng)中，有幾種電池配置方法，可分別實現(xiàn)不同的結(jié)果。一種配置方法是將電池進(jìn)行串聯(lián)，以提高電壓，但電池容量保持不變，這通常適用于高功率產(chǎn)品。另一種配置方法是將電池進(jìn)行并聯(lián)，這會提高容量，但電壓保持不變?，F(xiàn)在，延長電池壽命對消費電子設(shè)備如此關(guān)鍵，這促使制造商尋求創(chuàng)新方法來保存和擴展電池組的有用容量。延長電池壽命簡單有效的方法是并聯(lián)充電。簡而言之，通過并聯(lián)充電電池，用戶可以一次為多個電池充電，從而實現(xiàn)更長的電池壽命并提高可靠性。圖1簡單描述了常用的串聯(lián)和并聯(lián)電池配置。
圖1 串聯(lián)和并聯(lián)電池配置
USB-C進(jìn)入現(xiàn)代并聯(lián)電池充電市場
如上所述，與以前的USB 2.0和USB 3.0端口相比，USB-C端口和設(shè)備能夠以更高的功率水平充電。最新版本的USB-C規(guī)范Power Delivery 3.1支持高達(dá)240 W的功率。目前對大多數(shù)消費電子產(chǎn)品而言，這一功率可能過猶不及，但也充分說明USB-C相比前幾代USB更穩(wěn)健。USB-C端口功率的增加與消費者對更大功率以及更長電池壽命的需求相輔相成，這正是設(shè)備采用并聯(lián)電池的目標(biāo)。通過并聯(lián)電池配置，消費電子設(shè)備的電池容量增大，因此對于為設(shè)備供電的充電器也提出了更高的功率要求。除此之外，消費市場的目標(biāo)是讓用戶盡可能多地使用這些電子設(shè)備。USB-C端口功率的提高使消費者能夠比過去更快地為設(shè)備充電，有更多時間隨心所欲地使用設(shè)備，且無需連接充電線。
優(yōu)缺點
USB-C并聯(lián)電池充電已進(jìn)入許多應(yīng)用，并將繼續(xù)擴大到所有消費電子應(yīng)用。雖然USB-C端口和電纜在功率、成本和簡便性方面對于消費市場非常有利，但也有一些缺點需要注意。
表1 USB-C和并聯(lián)電池充電的優(yōu)點
單根電纜 | 供電和數(shù)據(jù)傳輸使用同一根電纜，對空間受限的應(yīng)用非常有利 |
高功率水平 | 更大的容量和更高的充電水平支持更廣泛的應(yīng)用，包括低功耗消費電子設(shè)備和高功率工具以及計算機 |
節(jié)省時間 | USB-C的高充電電流功能支持電池并聯(lián)充電，在為一塊電池充電所需的時間內(nèi)可獲得更多的可用容量 |
輕松集成 | USB-C電纜是可逆的，正反插入都可以，并聯(lián)時要添加電池只需將電源連接到新電池的端子即可 |
長久使用減少電子垃圾 | 多臺設(shè)備共用一個USB-C充電器將減少世界各地的電子垃圾 |
表2 USB-C和并聯(lián)電池充電的缺點
| 端口不同 | 如果兩個端口不匹配，則可能會出現(xiàn)功率水平的問題。端口包括Thunderbolt、Power Delivery 3.1和Power Delivery 3.0 |
更為昂貴 | 無論是增加電池，還是支持更快充電的端口和電纜，都需要先進(jìn)的技術(shù)，因此比之前的版本更昂貴 |
電纜更換 | 新的USB-C電纜將強制取代USB-A、USB-B和micro-USB電纜，舊電纜將被淘汰 |
尺寸更大 | 增加電池將會占用額外的空間，這對有尺寸要求的應(yīng)用可能會是一個問題 |
復(fù)雜性增加 | 增加電池會帶來一些復(fù)雜的問題，例如需要平衡電池之間的老化，確保充電周期開始時的各電池電壓相近，以免損壞電池或接線 |
采用MAX17330的示例
圖2顯示創(chuàng)建并聯(lián)電池充電環(huán)境所需的主要工具之一——MAX17330示例。該產(chǎn)品IC集成了電池充電器、電量計和保護(hù)器。MAX17330從兼容USB-C的充電器或轉(zhuǎn)換器接收電源，然后為并聯(lián)電池組高速充電，盡可能延長用戶的使用時間。此外，這種配置使電池能夠放在特殊的位置，例如AR/VR耳機的另一側(cè)或可折疊手機的不同側(cè)面。使用這種芯片的一些好處包括能充分降低壓差和減少熱量，防止并聯(lián)電池交叉充電，以及能夠獨立為并聯(lián)電池組充電。
MAX17330的實際應(yīng)用
本文介紹了并聯(lián)電池充電與USB-C的結(jié)合，并指出了一些優(yōu)點和缺點?，F(xiàn)在我們對整個主題有了更多認(rèn)識，有必要看一些實際應(yīng)用。并聯(lián)電池充電和USB-C已經(jīng)開始進(jìn)入一些消費市場。具體包括但不限于AR/VR耳機、無繩電鉆等工具、筆記本電腦和便攜式平板電腦。上文表2提到的挑戰(zhàn)給設(shè)計人員設(shè)計這類系統(tǒng)帶來了一些困難。用ADI公司的MAX17330替換圖2中的模塊，用MAX77958替換USB-C控制器，用MAX77986替換下行電源。借助MAX77958，設(shè)計人員可通過獨立的解決方案和定制固件來簡化設(shè)計，這些固件決定USB-C的供電水平，而MAX77986可作為USB-C的下行電源，為整個產(chǎn)品的其它部分供電。這類設(shè)置非常適合功率要求為15 W或以上的應(yīng)用。對于15 W以下功率應(yīng)用，MAX77789是理想選擇，它將1S 3 A充電器與USB-C檢測功能相結(jié)合。
圖2 集成MAX17330的并聯(lián)電池充電環(huán)境框圖
結(jié)論
當(dāng)今世界，消費者都希望所用的產(chǎn)品具有最大化的效率，不想浪費任何時間。ADI公司的所有這些產(chǎn)品都可以組合使用，支持消費者將USB-C的快充功能與并聯(lián)電池組相結(jié)合。這有助于延長最終產(chǎn)品的電池壽命，縮短充電時間，從而提高效率。隨著消費市場的不斷發(fā)展，設(shè)計人員需要快速適應(yīng)，盡力設(shè)法滿足客戶需求。為下一代消費電子設(shè)備尋找新的充電方法時，面對不斷變化的問題，USB-C和并聯(lián)電池充電將是一種不錯的解決方案。
關(guān)于作者
Kyle Johnson是ADI公司中心應(yīng)用部門的應(yīng)用工程師。他畢業(yè)于圣克拉拉大學(xué)，獲得電氣工程學(xué)士學(xué)位，2020年8月加入ADI公司。之前，曾在Maxim Integrated（現(xiàn)為ADI公司一部分）的技術(shù)銷售團(tuán)隊實習(xí)。
評論