探討功率路徑實(shí)現方案的折衷權衡

這相當于功率控制;對于充電器來(lái)說(shuō)，系統的優(yōu)先級高于電池。在系統負載關(guān)斷時(shí)，全部的575mA 電流流向電池，直到電池進(jìn)入 CV 模式，這時(shí)，充電電流開(kāi)始減小。同樣的，圖3所示電路具有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即在系統和負載之間無(wú)功耗組件。

實(shí)例2：700mAh 電池 (電池的1C最大充電電流能力 為700mA)，輸入電源為5V /900mA 的AC/DC 適配器，或 5V/900mA的USB 3.0

情況A) 在 3.6V和系統負載400mA接通的情況下，部分充電的電池。

在系統負載接通之前，充電器會(huì )處于 CC 模式。由于電池電壓為3.6V，故有5V/3.6V•900mA• 91%=1138mA的電流可用于電池充電。然而，電池存在700mA的最大1C充電電流的限制，因此充電器設置為700mA充電。相比實(shí)例1，實(shí)例2的 獨特之處在于：在1C放電速度的條件下，輸入電源能夠提供的功率比電池能夠接受的更大。當系統負載接通時(shí)，400mA轉向系統，只剩下300mA為電池充 電。

有些設計人員可能感到這一點(diǎn)并不合意，因為輸入電源沒(méi)有充分被利用，達到電池和系統負載能夠接受的總和的程度。一種解決方案是把系統負載與 CSIN 連接，如圖5所示。

圖5. 系統負載與CSIN相連接的應用電路

系統負載與 CSIN 相連接使得 AC/DC 適配器或 USB 電源甚至能夠以比電池的1C級更高的最大功率級來(lái)提供電流。在這種配置中，在負載接通之前，電池以 700mA 的1C最大充電能力進(jìn)行充電。當 400mA的系統負載接通時(shí)，整個(gè)400mA的系統負載由充電器供電，電池繼續在 700mA的電流下充電。

這種配置的一個(gè)缺點(diǎn)是在電池與系統負載之間的路徑上始終存在一個(gè)68m?的耗能串聯(lián)組件。這類(lèi)似于圖1所示的功率路徑實(shí)現方案中的情況，不過(guò)，FAN5400中的68m?大大低于某些帶功率路徑的產(chǎn)品中的180m?。

情況B) 在 3.6V和系統負載 2000mA接通的情況下，部分充電的電池。

在系統負載接通之前，充電器會(huì )處于 CC 模式，并以700mA的電流為電池充電，與情況 A 類(lèi)似。當系統負載接通時(shí)，如果使用圖3中的配置，由充電器為系統負載提供700mA的電流，其余1300mA 由電池提供。

如果使用圖5中的配置，由充電器為系統負載提供 1138mA 的電流，而其余 862mA 由電池提供。

這兩種配置都相當于功率控制;但在圖5的配置中，所有輸入功率都被使用。這里需要權衡的是電池和系統負載之間的68m?串聯(lián)組件。在兩種配置中，一旦系統負載關(guān)斷，700mA都流向電池。

情況C) 在 4.2V和系統負載 400mA 接通的情況下，完全充電的電池。

在系統負載接通之前，充電器是關(guān)斷的。當負載接通時(shí)，系統功率首先來(lái)自于電池。只要VBAT 《 VOREG - VRCH，充電器就會(huì )啟動(dòng)，VRCH 是 再充電閾值，為120mV。由于輸入電源為5V 900mA，充電器能提供的最大可用電流為 5V/4V•900mA•92%=1035mA (這里假設電池電壓降至為4V)。充電器啟動(dòng)時(shí)，充電器試圖以 700mA的充電電流為電池充電。不過(guò)，由于系統負載仍然存在，故若采用圖3中的配置，實(shí)際上只剩下300mA為電池充電。

如果采用圖5中的配置，當負載接通時(shí)，635mA的電流流向電池，由充電器為系統負載提供400mA的電流。而充電器輸出電流共為1035mA，故這是很 好理解的。一旦系統負載關(guān)斷，全部700mA電流流向電池直到電池進(jìn)入CV模式;這時(shí)，充電電流減小。需要權衡的是電池和系統負載之間的68m?串聯(lián)組 件。

情況D) 在 4.2V和系統負載 2000mA接通的情況下，完全充電的電池。

在系統負載接通之前，充電器是關(guān)斷的。當負載接通時(shí)，若采用圖3的配置，功率首先來(lái)自于電池，而電池充電器幾乎立即啟動(dòng)，并進(jìn)入CC模式。這是因為鋰離子電池一般都有一個(gè)150m的輸出阻抗，該阻抗幾乎立刻使 VBAT 《 VOREG - VRCH。就如情況C一樣，充電器試圖以700mA的電流為電池充電。但由于系統負載為2000mA，因此 700mA的電流從充電器流向負載，剩余1300mA的系統負載電流由電池提供。

如果采用圖5的配置，當負載接通時(shí)，1035mA的電流從充電器流向負載，剩余965mA的電流由電池提供。當系統負載關(guān)斷時(shí)，700mA電流流向電池，直到電池進(jìn)入CV模式，這時(shí)，充電電流開(kāi)始減小。同樣的，這里需要權衡的是電池和系統負載之間的 68m串聯(lián)組件。

為無(wú)電池或深度放電的系統供電

在VBUS POR之后，FAN5402 和 FAN5405 利用缺省參數繼續充電，把VBAT調節至3.54V，直到主處理器發(fā)出命令或15分鐘的看門(mén)狗定時(shí)器到時(shí)限。采用這種方法，FAN5402/05 在無(wú)電池下也能夠啟動(dòng)系統。

不過(guò)，在電池深度放電的情況下，電池電壓低于系統負載所需的供電電壓，圖3和圖5的功率路徑實(shí)現方案無(wú)法啟動(dòng)系統。

相反，即使在電池電壓大大低于系統負載工作所需電壓時(shí)，圖1中實(shí)現的功率路徑仍然能夠為系統供電。這是圖1電路與FAN5400相比的主要優(yōu)勢。不過(guò)，很重要的一點(diǎn)是，放電周期內的曲線(xiàn)斜度必需極為陡峭，這意味著(zhù)在數秒內電池電壓就能夠上升到滿(mǎn)足最小系統負載要求的水平。

圖6所示為充電的周期行為，為一個(gè)普通電池充電至穩定的 3.4V 所需的時(shí)間為 40 秒鐘。這個(gè)過(guò)程的解釋如下。

(A) 當VBAT 》 3.4V時(shí)，處理器被喚醒，這種情況在 VBUS 插入大約 15 秒鐘后出現。

(B) 在處理器對 IC 程序設計以獲得更大充電電流后約 1 秒鐘，電池保護 FET 關(guān)斷。這會(huì )造成 VBAT下降 (不再有 FET 體二極管與 VBAT 串聯(lián))。

圖6. 深度放電電池的電荷特性

總結

在電池電量極低或深度放電時(shí)，圖 2 所示的 FAN540X 部分功率路徑雖然也會(huì )出現無(wú)法立即為系統負載供電的情況，但對普通手機電池來(lái)說(shuō)這只是 40秒而已。在這一缺點(diǎn)與 FAN540X 提供的優(yōu)勢之間進(jìn)行權衡是很重要的。本文詳細討論了這種優(yōu)勢，結果顯示如圖 3 所配置的 FAN5400在電池和系統負載之間沒(méi)有耗能串聯(lián)組件，而且能夠提供兩個(gè)更重要的動(dòng)態(tài)功率路由優(yōu)點(diǎn)：系統與電池之間功率共享;以及為無(wú)電池的系統供電。