USB电池充电基础:应急指南

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  端口检测和自枚举充电器

  MAX8895判断如何使用所提供的输入电源,与系统*估电源无关。充电器自动确定适配器类型,能够区分以下类型:

  1. DCP:500mA至1.5A

  2. CDP (主机或集线器):高速充电时达到900mA (啁啾期间为580mA);低速和快速为1.5A

  3. 低功率SDP (主机或集线器):100mA

  4. 大功率SDP (主机或集线器):500mA

  所提供的电流支持电池充电或系统供电,或在它们之间进行分配。如果在长达10ms内未检测到总线流量,内置挂起定时器自动触发挂起。

  除了自动优化来自USB及适配器电源的电流外,MAX8895还巧妙处理适配器、USB供电和电池供电之间的转换;允许系统在必要时利用所有能够利用的输入电源(图3)。施加电源时,电池耗尽或没有电池同样可以保持工作。集成了所有功率控制MOSFET,无需外部二极管。热调节环路在极限温度下自动降地充电电流,以降低管芯温度。


 


图3. MAX8895充电器自枚举,根据所连接电源的类型优化设置充电电流。即使是深度放电的电池,也能维持系统工作。

  增加端口检测

  BC1.1规定了检测端口类型的硬件方法。预计采用集成电路实现这一功能,如图2中的MAX8895,或在USB收发器中包括该电路。尽管如此,有些时候的首选方案依然是为现有充电器增加端口检测功能,至少包含其中部分功能。图4所示电路为一种基本的USB充电器检测方法,受系统微控制器控制工作。这种方法可检测DCP,但是不能区分SDP和CDP。它把两者均作为SDP,这就意味着有些情况下会丧失从CDP吸收更大充电电流的机会。在预算较低的设计中,这一缺陷是可接受的。


 图4. 高速USB开关实现有限的USB充电器检测形式

  图4所示连接方法支持如下有限端口检测功能。当便携设备插入三种端口类型之一时,VBUS为U1开关和设备的微控制器供电。U1的CB输入的逻辑低电平将其置于检测模式,D+线通过10kΩ上拉至系统逻辑电压,D-通过100kΩ拉至GND。如果连接的是DCP (D+与D-短路),D-将变为高电平;如果连接的是SDP或CDP,D-及检测输出将为低电平。如果检测到SDP或CDP,系统将驱动CB为低电平,将开关置于数据模式,该模式下将D+和D-连接至数据通路,用于枚举及其它数据传输。以上方法有一个局限性:插入CDP时无法识别,从而不能立即充电,尽管在枚举后可从CDP充电。

  图5所示为完整的端口检测。MAX14578包括检测连接设备(USB电缆、USB CDP或专用充电器)所需的所有电路,并控制外部锂离子电池充电器。设备执行与USB电池充电规范1.1兼容的检测逻辑,包括数据触点检测、D+/D-短路检测和CDP识别。另外,它有一个充电定时器和低电池电量监测器,用于支持USB BC1.1“无电电池”充电机制。

  MAX14578具有一个数据开关,适用于USB高速和初始(全速和低速)信号。它具有低导通电阻(RON)、低导通电阻平坦度以及非常小的电容。CDN和CDP引脚还具有高达15kV的人体模式ESD保护。


 图5. 利用MAX14578 USB充电端口检测器和数据开关IC,可为充电器增加完全兼容于USB BC1.1的端口检测功能。

 在图6中,为USB设备增加了简单的Li+电池充电功能。MAX8814可配置为通过100mA或500mA USB端口为电池充电。电路初始化为100mA,然后微控制器枚举主机,以确定其电流驱动能力。如果USB端口允许,通过导通电流设置网络的N1和R1,增大充电电流。大电流充电标称设定为425mA,以避免超过考虑容限后的SDP 500mA限制。充电器还具有一个自动启动电路,当连接有外部电源时,提供输出信号(ABO)通知系统。图6尽管兼容USB,但并不符合BC1.1标准,所以需要枚举才能充电。



图6

  图6. MAX8814为USB设备增加充电功能提供了简单、引脚数少的解决方案。枚举受系统控制,利用ISET引脚监测和控制充电电流。这种设计兼容USB,但并不符合BC1.1标准,所以需要枚举才能充电。