摘要：本文對如何將一個簡單的電池充電器與usb電源進行接口作闡述。即從usb電源總線的特性，包括電壓，電流限制、連接器以及電纜連接等問題開始介紹，而后對鎳氫電池(nimh)和鋰電池技術(shù)、充電方法以及充電終止技術(shù)與應(yīng)用實例作分折。

　　關(guān)鍵詞：usb端口 內(nèi)置電池 集線器 充電終止技術(shù) 調(diào)節(jié)器 雙向通信

1、問題的提出

　　通用串行總線(usb)端口是一種帶有電源和地的雙向數(shù)據(jù)端口。usb可以連接所有類型的外圍設(shè)備，包括外部驅(qū)動器、存楷設(shè)備、鍵盤，鼠標(biāo)、無線接口、攝像杌和照相機、mp3播放器以及數(shù)不盡的各種電子設(shè)備。這些設(shè)備有許多采用電池供電，其中一些帶有內(nèi)置電池。

　　那末對于這些帶有內(nèi)置電池如何充電是迫在眼前需解決的問題.而應(yīng)用廣泛的usb端口則帶來了機遇，也帶來了挑戰(zhàn)。為此本文對如何將一個簡單的電池充電器與usb電源進行接口作闡述.即從usb電源總線的特性，包括電壓，電流限制、浪涌電流，連接器以及電纜連接等問題開始介紹,而后對鎳氫電池(nimh)和鋰電池技術(shù)、充電方法以及充電終止技術(shù)與應(yīng)用實例作分折。

2、usb端口組成特征

　　到處呈現(xiàn)的usb總線能夠為所有類型的低功耗電子設(shè)備提供電源。雖然usb總線電源與電網(wǎng)隔離,并且具有很好的穩(wěn)定性。但是，可用電流是受限的，同時負(fù)載和主機或電源之間存在潛在的互操作問題。

2.1usb端口組成

　　usb端口由90ω雙向差分屏蔽雙絞線、vbus(+5v電源)和地(即vbus、d1 、d2、地及nc等5腳)組成。這4條線由鋁箔內(nèi)屏蔽層和編織網(wǎng)外屏蔽層進行屏蔽。目前最新的usb規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)是2.0版,而要做到完全符合該規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，需要通過一個功能控制器來實現(xiàn)設(shè)備和主機間的雙向通信。規(guī)范定義了1個單位負(fù)載為100ma(最大)。任何設(shè)備允許吸取的最大電流為5個單位負(fù)載。

2.2usb端口特征

　　usb端口可分為低功率端口和大功率端口兩類，低功率端口可提供1個單位負(fù)載的電流，大功率端口可最多提供5個單位負(fù)載的電流。當(dāng)設(shè)備剛連接到usb端口時，則上升(枚舉)過程時要對設(shè)備進行識別，并確定其負(fù)載要求。在此過程中，只允許設(shè)備從主機吸取最多1個單位負(fù)載的電流。上升(枚舉)過程完成后，在獲得主機的電源管理軟件允許后，則大功率設(shè)備可以吸取更大的電流。

　　某些主機系統(tǒng)(包括usb集線器)通過保險絲或者有源電流檢測器提供限流功能。如果usb設(shè)備未經(jīng)過上升過程便從usb端口吸取大電流(超過1個單位負(fù)載)，則主機會檢測到過流狀態(tài)，并會關(guān)閉正在使用的一個或多個usb端口。當(dāng)主機操作系統(tǒng)采用高級電源管理時情況會更加復(fù)雜，特別是筆記本電腦，它總是希望端口電流盡可能低。在某些節(jié)電模式下,計算機會向usb設(shè)備發(fā)出掛起命令，而后則認(rèn)為設(shè)備進入了低功耗模式。設(shè)備中包含一個能與主機進行通信的功能控制器始終是一個比較好的做法，即使對于低功耗設(shè)備來說也是如此。

2.2usb 2.0規(guī)范電源質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

　　usb 2.0規(guī)范非常全面，規(guī)定了電源的質(zhì)量、連接器構(gòu)造、電纜材質(zhì)、容許的電壓跌落以及浪涌電流等。低電流和大電流端口具有不同的電源指標(biāo)。這主要是由主機和負(fù)載間的連接器和電纜上的電壓跌落決定的，并包括由usb供電的集線器上產(chǎn)生的電壓跌落。包括計算機或者自供電usb集線器在內(nèi)的主機，都具有大電流端口，可提供最大500ma的電流。而無源、總線供電的usb集線器具有低電流端口。表1列出了usb大電流和低電流端口上游端(電源)引腳允許的電壓容限。

　　在符合usb 2.0規(guī)范的主機中，大功率端口的上游端具有120pf、低esr電容。所連接的usb設(shè)備的輸入電容限制在10pf以內(nèi)，在最初的負(fù)載連接階段，允許負(fù)載從主機(或自供電集線器)吸取的最大電荷數(shù)為50μc。這樣一來，當(dāng)新設(shè)備連接至usb端口時，上游端口的瞬態(tài)電壓跌落小于0.5v。如果負(fù)載正常工作時需要更大的輸人電容，則必須提供浪涌電流限制器，以保證對更大的電容充電時電流不會超過100ma。

　　當(dāng)usb端口帶有一個總線供電的usb集線器，集線器上接了低功耗設(shè)備時，usb口上允許的直流電壓跌落如圖1所示。大功率負(fù)載與總線供電的集線器連接時，電壓跌落將超過圖1給出的指標(biāo)，并會引起總線過載。

3、電池充電要求

3.1關(guān)于單節(jié)鋰離子和鋰聚合物電池

　　如今的鋰電池充電至最大額定容量后，其電壓通常為4.1v至4.2v之間。當(dāng)前市場上正在出售的、更新的、容量更大的電池，其電壓范圍在4.3v至4.4v之間。典型的棱柱形鋰離子(li+)和鋰聚合物(li-poly)電池容量為600mah至1400mah。

3.11 li+和li-poly的cccv充電器與充電終止技術(shù)

*li+和li-polycccv充電器

　　對li+和li-poly電池來說，，首選的充電曲線是從恒流充電開始，一直持續(xù)到電池電壓達到額定電壓。然后，充電器對電池兩端的電壓進行調(diào)節(jié)。這兩種調(diào)