USB电池充电基础:应急指南

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  电池负载切换(智能电源)与直接连接

  在USB和适配器供电的充电应用中,一个关键设计因素是充电电路是否直接连接到电池和系统负载,或者在连接外部电源时是否需要额外的开关断开电池与系统的连接,这两种情况如图8所示。



图8. 直接连接充电器及Maxim的智能电源选择(Smart Power Selector?)技术示意图

  直接连接结构是最简单、最经济的实现方式。如果电池深度放电后施加外部电源,将会显露出它的主要缺陷。这种情况下,系统可能不能启动,直到电池达到可接受的水平。有些应用中,等待电池充电到一定程度,然后再恢复所有功能,用户也是可以接受的;然而,有些应用中,无论电池状态如何,“必须”要求连接外部电源时能够立即工作。后一种情况下,Maxim的智能电源选择器允许系统在电池深度放电状态下使用外部电源供电,参见图9。

 
 图9. 具有智能电源选择器的双输入USB/适配器(例如MAX8934),在连接外部电源时能够立即为系统供电,并同时为完全放电的电池充电。

  图9中,系统负载输出(SYS)和电池(BAT)之间的内置低阻(40mΩ) MOSFET在充电和放电工作期间负责多项功能。充电期间,该智能电源选择器开关充分利用有限的USB或适配器电源,在确保系统供电的前提下为电池充电。它还将电池作为一个缓冲储能装置,在负载瞬时发生超过输入限流的峰值电流时保证系统供电。放电期间,该开关提供一条从电池到系统的低损耗通路。

  系统软件处理与USB主机的通信并向充电器发送命令。MAX8394管理充电硬件,并提供简单的通信,设置USB、适配器充电相关的参数。预设USB输入电流门限,确保不超过规定的限制,适配器使用用户设置的电流。充电器还向系统提供完整的状态和故障信号。

  MAX8934具有最新的充电安全特性,包括日本电子信息技术产业协会(JEITA)规定的与温度相关的充电协议,在温度升高时暂停或减缓充电。此外,输入具有高达16V的过压保护(OVP),并且器件在极端条件下通过减小充电电流限制温度的上升。

  高达2A的开关模式快速充电器,发热最小

  有些紧凑设备需要较大的充电电流(超过1A),无法承受线性充电器在高充电速率下产生的过多热量。针对这种需求,MAX8903 (图10)提供了一个4MHz DC-DC转换器,在保持器件最小面积的同时,能够从适配器电源为电池提供高达2A的电流。与MAX8934一样,MAX8903为双输入设计,通过独立的连接接受USB和适配器输入。与之前输入电源和电池电源关断操作一样,自动进行电源之间的切换。

 
 图10. 具有智能电源选择器的MAX8903开关模式充电器,可从适配器输入提供高达2A电流,从USB源提供500mA电流。

  MAX8903的4MHz开关频率使开关模转换器的有源元件保持在最小尺寸,在考虑了较低的功耗后,利用该器件构建的2A充电器会小于等效的线性充电器。实际上,考虑到热耗散,大多数便携设备在任何条件下都不能支持2A的线性充电架构。