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    充電器IC中的電源路徑管理

    發(fā)布時(shí)間:2021-11-04 來源:MPS 責(zé)任編輯:wenwei

    【導(dǎo)讀】本文討論了一種常用的電源路徑管理方案,即動(dòng)態(tài)電源路徑管理(DPPM)。DPPM控制回路可以根據(jù)輸入源的電流能力和負(fù)載電流水平動(dòng)態(tài)調(diào)整充電電流,以實(shí)現(xiàn)給定電源和系統(tǒng)負(fù)載下的最短充電時(shí)間。有了DPPM,即使電池已深度放電,系統(tǒng)也可以在接入輸入源后立即獲得電力。另外,本文還討論了系統(tǒng)電壓的調(diào)節(jié)方法。


     具有可充電電池的移動(dòng)設(shè)備在使用外部電源時(shí),需要充電器IC來為電池充電。移動(dòng)設(shè)備內(nèi)部的系統(tǒng)負(fù)載可以由電池、輸入源或兩者同時(shí)供電,具體取決于電池和系統(tǒng)負(fù)載之間的連接。而電源路徑管理方案即用來實(shí)現(xiàn)這種電源選擇。


    動(dòng)態(tài)電源路徑管理(DPPM)是移動(dòng)應(yīng)用中最常見的電源路徑管理方案。DPPM的基本功率級(jí)結(jié)構(gòu)如圖1所示。


    7.png

    圖1:NVDC電源路徑管理結(jié)構(gòu)


    在DPPM系統(tǒng)中,系統(tǒng)負(fù)載連接至系統(tǒng)總線(VSYS)。VSYS通過電池FET從電池供電,或者通過DC / DC變換器或LDO從輸入源供電。當(dāng)輸入源不可用時(shí),電池FET完全導(dǎo)通,由電池為系統(tǒng)負(fù)載供電。


    當(dāng)接入輸入源時(shí),VSYS由輸入DC/DC變換器或LDO調(diào)節(jié)。同時(shí),VSYS通過電池FET向電池提供充電電流。在這種充電模式下,系統(tǒng)負(fù)載優(yōu)先供電,剩余電量用于充電。充電電流可根據(jù)輸入源能力和系統(tǒng)負(fù)載水平進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整,以實(shí)現(xiàn)最短的充電時(shí)間。


    在上述充電過程中,如果系統(tǒng)負(fù)載超過輸入源的電源能力,VSYS 將降低。一旦VSYS下降至DPPM閾值,DPPM控制環(huán)路就會(huì)激活并自動(dòng)減少充電電流,以防止VSYS 進(jìn)一步下降。這個(gè)過程也稱為DPPM模式。


    在DPPM模式下,如果充電電流減小到零,并且系統(tǒng)負(fù)載仍超過輸入電源能力,則VSYS繼續(xù)下降。一旦VSYS 降至低于電池電壓(VBAT),電池便通過電池FET向VSYS 提供電源。這稱為補(bǔ)充模式。在補(bǔ)充模式下,輸入源和電池同時(shí)為系統(tǒng)供電。


    在進(jìn)入補(bǔ)充模式之前,如果電池FET處于線性模式(例如,當(dāng)VBAT < VSYS_MIN + DV或在啟動(dòng)瞬態(tài)過程中未完全導(dǎo)通),建議采用理想二極管模式來控制電池FET(如MP2624A中所采用的模式),以確保與補(bǔ)充模式之間的平穩(wěn)過渡。


    在理想二極管模式下,電池FET作為理想二極管工作。當(dāng)系統(tǒng)電壓低于電池電壓40mV時(shí),電池FET導(dǎo)通并調(diào)節(jié)電池FET的柵極驅(qū)動(dòng)。電池FET的壓降(VDS)約為20mV。隨著放電電流的增加,電池FET將獲得更強(qiáng)的柵極驅(qū)動(dòng)和更小的導(dǎo)通電阻(RDS),直到電池FET完全導(dǎo)通為止。當(dāng)放電電流降低時(shí),理想二極管環(huán)路會(huì)產(chǎn)生較弱的柵極驅(qū)動(dòng)和較大的RDS(ON) ,以保持電池和系統(tǒng)之間20mV的差值,直到電池FET關(guān)閉。


    DPPM模式下的VSYS 可根據(jù)系統(tǒng)要求靈活調(diào)節(jié)。如果從輸入到系統(tǒng)的前端變換器是LDO,則可以將VSYS設(shè)置為一個(gè)滿足系統(tǒng)要求的特定水平。例如,MP2661的VSYS 設(shè)置為4.65V, MP2660的VSYS 設(shè)置為5.0V。


    如果輸入到系統(tǒng)之間的前端變換器是DC / DC變換器,則通常將VSYS設(shè)置為跟隨電池電壓,從而提高效率。我們通常稱其為窄電壓DC(NVDC)。


    DPPM控制有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先,無論電池是否耗盡,一旦接入了輸入源,系統(tǒng)都會(huì)立即獲得電力。其次,充電電流可根據(jù)輸入源和系統(tǒng)負(fù)載進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整,以實(shí)現(xiàn)最短的充電時(shí)間。


    DPPM控制的局限性在于,確保不同操作模式之間的平穩(wěn)過渡會(huì)比較復(fù)雜。通常,電池FET控制需要VSYS環(huán)路、理想二極管環(huán)路、充電電壓和充電電流環(huán)路。


    結(jié)論


    通過DPPM控制,即使電池電量耗盡,系統(tǒng)也可以在施加輸入源后立即獲得電力。帶DPPM控制的充電器IC還可以優(yōu)化充電電流,以充分利用輸入源的電流能力。盡管DPPM的控制很復(fù)雜,DPPM仍廣泛應(yīng)用于需要電源選擇功能的充電器IC中,例如MPS的MP2624A, MP2660等。


    來源:MPS,作者: Aaron Xu



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