主要設(shè)計難題

　　在很多情況下，能夠用ｕｓｂ端口給電池充電為用戶提供了更大的方便。但是，ｕｓｂ規(guī)范對ｕｓｂ電流有一定限制。一個基于ｕｓｂ的電池充電器必須盡可能高效率地從ｕｓｂ端口抽取盡可能多的功率，以滿足今天的電源密集型應(yīng)用在空間和熱量方面的嚴(yán)格要求。

　　管理電源通路是另一個問題。很多由電池供電的便攜式電子產(chǎn)品可以用交流適配器、汽車適配器、ｕｓｂ端口或鋰離子／聚合物電池供電。不過，自主管理這些電源、負(fù)載和電池之間的電源通路帶來了巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)上，設(shè)計師們一直嘗試用少量ｍｏｓｆｅｔ、運算放大器和其他分立組件實現(xiàn)這一功能，但是一直面臨著熱插拔、大浪涌電流等問題，這些問題可能引起更嚴(yán)重的系統(tǒng)可靠性問題。

　　便攜式消費類電子產(chǎn)品常常采用鋰離子電池和鋰離子聚合物電池，因為這類電池的能量密度相對較高──與使用其他可用化學(xué)材料制成的電池相比。在給定的尺寸和重量限制條件下，它們的容量更大。隨著便攜式產(chǎn)品變得越來越復(fù)雜，對較高容量電池的需求也越來越大了，也就要求配備更先進(jìn)的電池充電器。大多數(shù)消費者希望充電時間較短，因此提高充電電流似乎是可取的。但是，提高充電電流帶來了兩大問題。首先，就線性充電器而言，電流增大會增加功耗（也就是熱量）。其次，根據(jù)主控制器協(xié)商好的模式，充電器必須將從５ｖ�。酰螅饪偩�吸取的電流限制到１００ｍａ（５００ｍｗ）或５００ｍａ（２．５ｗ）。這種高效率充電，加之電池充電器集成電路必須實現(xiàn)高水平的功能集成以及節(jié)省電路板空間和提高產(chǎn)品可靠性的需求，都給設(shè)計由電池供電的電子產(chǎn)品帶來了壓力。

　　總之，系統(tǒng)設(shè)計師面臨的主要挑戰(zhàn)如下：

　　最大限度地提高從ｕｓｂ端口（可提供２．５ｗ）獲取的電流。

　　管理輸入電壓源、電池和負(fù)載之間的電源通路。

　　最大限度地減少熱量。

　　最大限度地提高效率。

　　減小占板面積和高度。

　　集成式電源管理器集成電路可以簡單輕松地解決這些問題。

　　電源通路控制與理想二極管

　　電源通路控制功能能夠自主和無縫地管理各種不同輸入源之間的電源通路，如ｕｓｂ、交流適配器和電池之間的電源通

　　路，并向負(fù)載供電。電源通路控制允許最終產(chǎn)品接電后立即工作，而不必考慮電池的充電狀態(tài)，這稱作“即時接通”工作。一個具有電源通路控制功能的器件既為自身供電，又用ｕｓｂ總線或交流適配器電源為單節(jié)鋰離子／聚合物電池充電。為了確保一個滿充電電池在連接總線時保持滿電量，具有電源通路控制功能的集成電路通過ｕｓｂ總線向負(fù)載輸送功率，而不是從電池抽取功率。一旦電源被去掉，電流就通過一個內(nèi)部低損耗理想二極管從電池流向負(fù)載，從而最大限度地降低了壓降和功耗。

　　理想二極管的正向壓降遠(yuǎn)低于普通二極管或肖特基二極管的正向壓降，理想二極管的反向電流泄漏也可以更小。微小的正向壓降減少了功耗和自熱，延長了電池壽命（見圖１）。

　　圖１　簡化的電源通路控制電路

　　電池充電器與電源通路控制器和理想二極管器件（電源通路管理器）集成，可高效管理多種輸入電源，為電池充電，向負(fù)載供電并降低功耗，所有這一切都是在一個外形尺寸極小的集成電路中實現(xiàn)的。電源通路控制電路可以采用線性或開關(guān)拓?fù)洌@兩種拓?fù)鋵ο到y(tǒng)而言都有各自的優(yōu)點。后面將評介這兩種架構(gòu)，而較傳統(tǒng)的線性“充電器饋送型”系統(tǒng)將作為性能比較的基礎(chǔ)來介紹。

　　線性充電器饋送型系統(tǒng)

　　第一代ｕｓｂ系統(tǒng)直接在ｕｓｂ端口和電池之間插入限流電池充電器，由電池為系統(tǒng)供電。在這種“電池饋送型”系統(tǒng)中，可用系統(tǒng)功率可以表示為ｉｕｓｂ×ｖｂａｔ，因為ｖｂａｔ是系統(tǒng)負(fù)載唯一可用的電壓（見圖２）。輸入電流約等于充電電流，因此無須附加輸入限流。系統(tǒng)負(fù)載直接連接到電池上，不需要理想二極管。所受到的一些限制包括：低效率；從ｕｓｂ吸取的電流限制到５００ｍａ；電池沒電或缺失（以及電池電壓低）時，沒有系統(tǒng)電源；將近一半的可用功率損失在線性電池充電器單元內(nèi)。

　　圖２　簡化的“電池饋送型”控制電路

　　線性電源通路系統(tǒng)

　　第二代ｕｓｂ充電系統(tǒng)在ｕｓｂ端口和電池之間采用了中間電壓。這種中間總線電壓拓?fù)浞Q為電源通路系統(tǒng)。在電源通路集成電路中，ｕｓｂ端口和中間電壓ｖｏｕｔ之間放置了一個限流開關(guān)。ｖｏｕｔ為線性電池充電器和系統(tǒng)負(fù)載供電。這種系統(tǒng)的優(yōu)點是，電池與系統(tǒng)負(fù)載之間被隔斷了，因此一有機(jī)會就可以進(jìn)行充電（見圖３）。該電源通路系統(tǒng)還實現(xiàn)了“即時接