靜態(tài)電源路徑管理(SPPM)為手持設備提供了有效的電池充電器方案

　　無(wú)論是做什么用途，或制造商是誰(shuí)，手持式電子設備都有一個(gè)共同的特性：一個(gè)可充電的電池，多數情況下還有一個(gè)內建的充電電路。當一個(gè)AC適配器這樣的外部電源或一個(gè)USB端口接到手持設備的輸入端，充電電路將對電池充電。當接到外部電源時(shí)，如果設備正處在開(kāi)機狀態(tài)，理想的情形是，設備應當從外部電源汲取盡可能多的功率，以節省電池壽命。要實(shí)現這個(gè)功能則需要一個(gè)自動(dòng)的電源選擇電路，這個(gè)電路通常是集成在充電控制IC內。設計者可以從動(dòng)態(tài)或靜態(tài)電源路徑管理當中選擇其中的一種，進(jìn)行電源管理。

　　在電池供電的手持設備中，動(dòng)態(tài)電源路徑管理(DPPM)是更流行的機制。DPPM功能框圖如圖1所示。主通路元件QMAIN是一個(gè)電壓穩壓器，提供一個(gè)經(jīng)過(guò)穩壓的輸出電壓VOUT。第二個(gè)通路元件QCharge是充電控制元件，由VOUT供電，提供恒定的電流或恒定的電壓對電池充電。在充電期間，如果輸出電流超過(guò)電源的電流限值，QCharge就會(huì )變成一個(gè)開(kāi)關(guān)，將電池連到系統上，提供一部分所需的輸出電流。

　　DPPM有幾個(gè)好處。首先，當電池完全放電時(shí)(電池耗盡的情況)，DPPM能讓外部電源立刻給設備供電。如果沒(méi)有電源路徑管理，在電量耗盡的電池被充電到系統能夠啟動(dòng)的電壓等級之前(一般是高于3V)，系統是無(wú)法上電的。這個(gè)等待周期取決于充電電路的涓流充電設定，可能是幾分鐘到十分鐘的時(shí)間。其次，當用外部電源對電池充電時(shí)，DPPM會(huì )把來(lái)自外部電源的電流分到兩個(gè)路徑中，一條路徑為手持設備提供必要的功率，另一條路徑輸出充電電流，來(lái)給電池充電。當外部電源的輸入電流達到限值時(shí)，電源路徑管理會(huì )對輸入到手持系統的電流進(jìn)行優(yōu)先級分類(lèi)。這樣如果當系統工作時(shí)，電池正在充電，電池可以在最短的時(shí)間內充滿(mǎn)，因為動(dòng)態(tài)控制的充電電流是為這個(gè)目標而優(yōu)化的。當外部電源被移走時(shí)，QCharge立刻完全打開(kāi)，把電池連到系統上，向系統輸出所需的全部功率。

　　圖1，動(dòng)態(tài)電源路徑管理框圖

　　但DPPM機制有一些限制。第一種情況是，當系統電流發(fā)生快速瞬變時(shí)，電壓會(huì )下降。這種情況如果發(fā)生在電池充電期間，如果系統電流處在突發(fā)方式下，輸出端的負載電流會(huì )周期性地迅速從接近零升高到2A以上。由于這個(gè)電流超過(guò)了輸入電源的最大容量，充電FET不得不將電流反向，提供一部分的突發(fā)電流。由于電流反向需要一定的時(shí)間，在這段時(shí)間內，輸出電壓會(huì )降低，導致電流產(chǎn)生畸變，如圖2所示。第二各限制條件是IC設計的成本和復雜度，因為由兩個(gè)通路元件需要調節。一個(gè)元件調節到系統的輸出電壓，另一個(gè)調節對電池充電的電壓或電流。

　　圖2，靜態(tài)電源路徑管理的瞬態(tài)電流響應

　　靜態(tài)電源路徑管路

　　靜態(tài)電源路徑管理(SPPM)是一個(gè)簡(jiǎn)化的解決辦法，能達到上面提到的第一個(gè)目標，不會(huì )出現電壓下降的情況。然而，它沒(méi)法解決第二個(gè)問(wèn)題，即區分系統和充電電流的優(yōu)先級。

　　SPPM機制的概念如圖3所示。主FET QMAIN是充電控制器元件。開(kāi)關(guān)SW1連接電池和系統。當電池電壓高于VPPM閾值(系統的最小工作電壓，一般是3.2V)，開(kāi)關(guān)導通，無(wú)論外部電源存在與否，電池都會(huì )連到系統。這樣，當系統突然汲取電流時(shí)，由于開(kāi)關(guān)已經(jīng)處在導通狀態(tài)，電池能夠隨時(shí)提供系統所需的電流。這樣就解決了電壓降和電流畸變問(wèn)題，如圖5所示。由于在設計中僅需要一個(gè)調整元件對電池的充電電壓或電流進(jìn)行調節，IC設計成本和復雜度也降低了。如果需要極低阻抗的開(kāi)關(guān)，圖3中的開(kāi)關(guān)SW1可以放到IC外面來(lái)實(shí)現，進(jìn)一步降低成本。

　　如果電池電壓低于VPPM的閾值，SW1就開(kāi)啟，VOUT將變成4.2V的恒壓源，向系統供電。與此同時(shí)，50mA的恒流源ITRKL被激活，在涓流模式下對電池充電，直到電壓達到VPPM閾值(有一定滯后)，然后SW1會(huì )關(guān)閉，電池就連到系統上。這樣就解決了沒(méi)電電池的啟動(dòng)問(wèn)題。

　　由于SPPM解決在電池沒(méi)電情況下的系統啟動(dòng)問(wèn)題，對于手持式應用來(lái)說(shuō)，這是一種很有吸引力的電池充電器解決方案。

　　圖3，靜態(tài)電源路徑管理框圖

　　圖4，靜態(tài)電源路徑管理控制流程

　　圖5，靜態(tài)電源路徑管理的瞬態(tài)電流響應