德州儀器公司電池管理解決方案產(chǎn)品線經(jīng)理Samuel Wong說(shuō)：“USB-Type-C/PD適配器越來(lái)越受歡迎，并正在成為一種通用的充電標(biāo)準(zhǔn)。“BQ25790和BQ25792的高功率密度性能可以幫助設(shè)計(jì)工程師利用USB-PD增加的輸入功率，并為不同（1S到4S）電池配置提供靈活性。”

 

快速充電

 

有限的電池壽命損害了智能手機(jī)用戶的自主性。不管最新的智能手機(jī)電池有多出色，它們的尺寸仍然有限。制造商試圖使手機(jī)越來(lái)越節(jié)能，但這些手機(jī)一直被用于日益耗電的應(yīng)用。結(jié)果是，如果只充電一次，你的電池通常不會(huì)持續(xù)到晚上。

 

快速充電允許您使用一些技術(shù)技巧快速恢復(fù)設(shè)備的電池壽命。用于快速充電的電池充電器還作用于電壓值，從而顯著提高功率輸出。

 

充電標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)復(fù)雜的混合化學(xué)和物理，由于每一個(gè)都有其局限性，不兼容本身可能是一個(gè)問(wèn)題。當(dāng)電流流過(guò)智能手機(jī)的電池時(shí)，電池會(huì)重新充電。更高的電流和更高的電壓能更快地給電池充電，但它們的容量是有限的。電荷調(diào)節(jié)器（IC）通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)出電池的總電流來(lái)防止危險(xiǎn)的電流浪涌。

 

USB-PD提供了一個(gè)有用的選擇，快速和高效的充電在廣泛的應(yīng)用。USB PD的輸出電壓范圍可根據(jù)不同電池配置的不同電池供電設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，以利用USB PD的5-W至100-W（20-V/5-A）功率譜。

 

TI的buck boost集成電路

 

通用充電允許從汽車適配器或USB PD適配器充電，為各種設(shè)備帶來(lái)了新的靈活性和便利性，特別是在醫(yī)療領(lǐng)域。雙向充電支持移動(dòng)（OTG）充電。

 

為了滿足消費(fèi)者的期望，設(shè)計(jì)人員正在尋找能夠延長(zhǎng)電池運(yùn)行時(shí)間和利用最大電池容量的解決方案，同時(shí)有效地充電和減少散熱，以最大限度地減少充電器IC內(nèi)的功耗。

 

新的TI系列集成buck-boost充電器集成電路，包括BQ25790和BQ25792，使用USB-PD輸入，在3.6-V至24-V輸入電壓范圍內(nèi)為1S-4S電池充電時(shí)提供更大的靈活性。該設(shè)備使用非常低功耗的充電集成電路，以延長(zhǎng)電池運(yùn)行時(shí)間，并在不使用應(yīng)用程序時(shí)盡可能節(jié)省電池電量。除了超低功耗外，充電器還配備了一個(gè)充電定時(shí)器，允許在正常充電周期之外進(jìn)行額外充電，從而使電池達(dá)到最大容量充電。

 

BQ25790和BQ25792多單元buck-boost充電器使用的靜態(tài)電流小于1µA。再加上8 mΩ極低的電池場(chǎng)效應(yīng)晶體管電阻器，工程師可以進(jìn)一步將電池工作時(shí)間最大化，以滿足需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的應(yīng)用（圖1）。

 

圖1：25790:BQ0

 

Samuel Wong說(shuō)：“在便攜式電子設(shè)計(jì)中，靜態(tài)電流有兩個(gè)主要挑戰(zhàn)：第一種靜態(tài)電流是在設(shè)備運(yùn)輸和儲(chǔ)存期間的長(zhǎng)貨架期關(guān)機(jī)模式。”“BQ25790和BQ25792提供低至0.6µa的關(guān)機(jī)模式。關(guān)機(jī)模式不僅將IC電流消耗降至最低，還將系統(tǒng)與電池完全斷開(kāi)，以避免系統(tǒng)功耗，這使得電池可以保持滿容量幾個(gè)月。第二種靜態(tài)電流是電池模式，當(dāng)電池為系統(tǒng)供電時(shí)使用這種模式。為了提供長(zhǎng)時(shí)間的電池運(yùn)行時(shí)間，這些buck-boost電池充電器的設(shè)計(jì)目的是將IC本身消耗的電流降到最低。”

 

新的buck-boost充電器完全集成了以下組件：金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（mosfet）、電池FET、電流傳感電路和雙輸入選擇開(kāi)關(guān)。組件數(shù)量的減少對(duì)于智能音箱等應(yīng)用尤其重要，智能音箱體積更小，價(jià)格也隨著市場(chǎng)采用率的提高而降低。

 

“組件集成在面積、成本和性能方面總是有折衷的，”Wong說(shuō)。BQ25790和BQ25792分別在<10-mm2（WCSP）或16-mm2（QFN）封裝中集成了四個(gè)buck-boost變換器mosfet、一個(gè)電池FET和兩個(gè)電流感測(cè)電阻器。這大大縮小了50%以上的解決方案尺寸，使PCB封裝中的功率密度增加了一倍。我們的高效功率轉(zhuǎn)換器和創(chuàng)新的包裝，充電器支持高達(dá)155兆瓦/平方毫米。小型集成解決方案不僅增加了功率密度，而且通過(guò)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)和最小的BOM提供了更好的用戶體驗(yàn)。”

 

近年來(lái)，buck-boost充電器越來(lái)越受歡迎，因?yàn)樗軌驈膸缀跞魏屋斎朐礊殡姵爻潆姡⒛軡M足C型和PD-USB適配器的需求。廣泛采用usbtype-C的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是實(shí)現(xiàn)通用適配器和相應(yīng)減少電子浪費(fèi)的現(xiàn)實(shí)途徑。高功率密度buck-boost充電器不僅要集成一般功能的充電模塊，還要集成DC/DC變換器等其它模塊，以簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。圖2顯示了USB充電系統(tǒng)的解決方案。

 

圖2:USB PD充電解決方案的框圖

 

當(dāng)適配器不存在時(shí)，DC/DC轉(zhuǎn)換器對(duì)電池放電以產(chǎn)生VBUS調(diào)節(jié)的電壓并為外部設(shè)備供電。在沒(méi)有適配器的情況下，放電電源路徑中的連排式mosfet將導(dǎo)通，將輸出電壓U3切換到VBUS，并保持VBUS電壓。這使DC/DC轉(zhuǎn)換器始終接通。作為輸入過(guò)壓和過(guò)流保護(hù)電路的一部分，外部連排式mosfet的控制邏輯和驅(qū)動(dòng)電路也集成在充電器中。

 

圖3：完全集成的buck-boost充電

 

圖3所示的完全集成的buck-boost充電器可以簡(jiǎn)化USB PD充電解決方案的全系統(tǒng)設(shè)計(jì)。作為輸入過(guò)壓和過(guò)流保護(hù)電路的一部分，外部連排式mosfet的控制邏輯和驅(qū)動(dòng)電路也集成到充電器中。這些特性消除了從方框圖中支持輸入電源路徑管理和輸入電流檢測(cè)的單元。

 

圖4：?jiǎn)螇Kbuck-boost充電器實(shí)現(xiàn)的usbtype-C-FRS

 

圖5：從VBUS sink到VBUS源的Buck-boost充電器FRS

 

為了支持C型USB端口的快速角色交換（FRS），該集成buck-boost充電器實(shí)現(xiàn)了一種新的備份模式，可以監(jiān)控VBUS電壓；VBUS電壓下降到預(yù)設(shè)閾值以下表示適配器已卸下。FRS是usbpd3.0的一個(gè)很好的新特性，其中提供電源的設(shè)備可以快速改變其電源角色，成為一個(gè)能量消耗者，以保持一致的數(shù)據(jù)連接。FRS有助于防止設(shè)備意外斷電時(shí)可能發(fā)生的任何數(shù)據(jù)丟失（圖4和圖5）。

 

 

推薦閱讀：