autonomous power manager ics simplify li-ion battery charging

    abstract: the powerpath battery managers incorporate an unsurpassed level of integration and feature standalone, autonomous operation. they effectively manage the seamless transition between multiple power sources, such as firewire inputs, wall adapters, usb ports, and the battery itself.

    消費(fèi)者對(duì)電池供電手持設(shè)備的小型化、低成本化以及通過(guò)接受多種輸入電源來(lái)實(shí)現(xiàn)易用性的需求對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師帶來(lái)了諸多的挑戰(zhàn)。利用powerpath電池管理器系列可以有效解決這些挑戰(zhàn)，它具有獨(dú)立的自主操作特性，能夠?qū)Χ喾N電源(如汽車(chē)適配器、firewire輸入、交流電適配器、usb端口和電池本身)之間的無(wú)縫切換實(shí)施高效管理。

    對(duì)于如今的電池供電手持設(shè)備的系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師來(lái)說(shuō)，他們所面臨的一些主要挑戰(zhàn)包括最大限度地降低功耗、最大限度地提高效率、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)以及降低成本。

    現(xiàn)今的許多便攜式電池供電電子產(chǎn)品可從交流電適配器、汽車(chē)適配器、usb端口或鋰離子/聚合物電池獲得電源。然而，對(duì)這些不同電源之間的電源路徑控制進(jìn)行自主管理具有極大的技術(shù)挑戰(zhàn)性。一直以來(lái)，設(shè)計(jì)師們都試圖采取“分立”的方式來(lái)完成該功能，即采用大量mosfet、運(yùn)算放大器和其他的分立元件，但其間遇到了有可能引發(fā)重大系統(tǒng)問(wèn)題的熱插拔和大涌入電流等難題。近來(lái)，即使是分立ic解決方案也需要采用多顆芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)實(shí)用的解決方案，而集成化的電源管理器ic則能夠輕易地解決這些問(wèn)題。此外，ic的自主獨(dú)立操作還免除了增設(shè)一個(gè)用于實(shí)現(xiàn)充電終止功能的外部微處理器的需要，從而進(jìn)一步地簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。

    當(dāng)采用諸如firewire、未穩(wěn)壓的高電壓(>5.5v)交流電適配器和汽車(chē)適配器時(shí)，適配器的電壓源和手持設(shè)備中的電池之間的電壓差非常大。因此，線性充電器也許不能夠解決高功耗的問(wèn)題，而采用開(kāi)關(guān)模式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的ic卻能夠改善效率，并減輕熱管理問(wèn)題。值得注意的是，當(dāng)采用usb、鋰離子/聚合物電池或輸入低于5.5v的適配器來(lái)供電時(shí)，線性充電器/電源管理器是更加合適的選擇。

    powerpath控制

    具有powerpath控制功能的器件可從usb vbus或交流電適配器電源來(lái)為其自身供電，并對(duì)其單節(jié)鋰離子電池進(jìn)行充電。為了確保一個(gè)滿(mǎn)充電電池在連接總線時(shí)處于未被使用過(guò)的狀態(tài)，該ic通過(guò)usb總線來(lái)直接向負(fù)載供電，而不是從電池獲取功率。一旦電源拿掉，則電流將通過(guò)一個(gè)內(nèi)部低損耗理想二極管從電池流至負(fù)載，從而最大限度地減少了壓降和功耗。

    powerpath控制的特點(diǎn)：

    1. 從usb電源、交流電適配器或電池獲得電能；

    2. 向一個(gè)與out引腳相連的應(yīng)用電路以及一個(gè)與bat引腳相連的電池輸送功率(假設(shè)接入了一個(gè)外部電源，而不是電池)；

    3. 將對(duì)電池充電電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，以確保充電電流與負(fù)載電流之和不超過(guò)已設(shè)置的usb輸入電流限值；

    4. 交流電適配器電流可通過(guò)一個(gè)外部器件(例如功率肖特基二極管或fet)連接至輸出(負(fù)載側(cè))；

    5. 具備一項(xiàng)獨(dú)特功能，即可采用由交流電適配器提供電源的輸出在向負(fù)載供電的同時(shí)對(duì)電池進(jìn)行充電；

    6. out引腳上的負(fù)載可優(yōu)先獲得usb輸入電流。

    理想二極管

    當(dāng)輸出/負(fù)載電流超過(guò)了輸入電流限值或輸入電源被拿掉時(shí)，一個(gè)低損耗理想二極管將從電池來(lái)提供電源。通過(guò)理想二極管(而不是把負(fù)載直接連接至電池)來(lái)給負(fù)載供電可使一個(gè)滿(mǎn)充電電池在外部電源拿掉之前保持滿(mǎn)充電狀態(tài)。一旦外部電源被移除，則輸出電壓下降，直到理想二極管被施加正向偏壓為止。加有正向偏壓的理想二極管隨后將從電池向負(fù)載提供輸出功率。理想二極管的正向壓降遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)二極管，而且其反向漏電流也更小。小幅的正向壓降減少了功耗和自發(fā)熱，從而延長(zhǎng)了電池的使用壽命。

    理想二極管具有以下的特點(diǎn)：

    1. 當(dāng)輸出/負(fù)載電流超過(guò)輸入電流限值或當(dāng)輸入電源被拿掉時(shí)，理想二極管部件將從電池來(lái)提供電源；

    2. 通過(guò)理想二極管(而不是把負(fù)載直接連接至電池)來(lái)給負(fù)載供電可使一個(gè)滿(mǎn)充電的電池在外部電源被拿掉之前保持滿(mǎn)充電狀態(tài)，并使得器件即使在采用一個(gè)完全耗盡的電池的情況下也能夠正常工作；

    3. 一旦外部電源被移除，則輸