線(xiàn)性化充電器系統設計

現今成就卓著(zhù)的便攜式設備，諸如智能電話(huà)、PDA以及便攜式媒體播放器越來(lái)越多的應用鋰離子(Li-Ion)電池。此類(lèi)可充電電池的高需求量促使眾多的第三方供應商不斷開(kāi)發(fā)出諸如充電座(charging cradle)及充電適配器等附件。此類(lèi)充電適配器價(jià)格低廉，但充電特性及保護功能往往與原廠(chǎng)的OEM適配器有所差別，將會(huì )影響到總體的系統性能及可靠性。如果充電器級的設計包含了以下特性，則可實(shí)現一個(gè)強健的系統，適用于所有的外部AC適配器：

抑制瞬變電壓尖刺的保護

非穩壓適配器的輸出電壓特性

散熱管理及失效保護本文將探討在使用不同范圍的AC適配器時(shí)上述參數在系統層次上的影響，并討論如何使用線(xiàn)性化的充電器（具有諸如過(guò)壓保護、散熱調節及動(dòng)態(tài)計時(shí)器的特性）設計出更強健的系統。文中還引用了TI的bq2406X系列作為線(xiàn)性化充電器家族的示例，展示了一系列以滿(mǎn)足以上要求為目的的線(xiàn)性充電器。

多種多樣的AC適配器

當今便攜式系統設計方面的主要問(wèn)題之一在于適應寬范圍輸入供電源的需求，例如AC適配器、USB纜線(xiàn)或車(chē)載/空載的直流輸出。將適配器以低廉的價(jià)格推向市場(chǎng)，取代了原本昂貴的原廠(chǎng)(OEM)適配器，從而促進(jìn)了眾多供應商的開(kāi)發(fā)歷程，使可充電便攜式設備獲得了廣泛的成就。此類(lèi)最流行的供電源，如交流適配器，通?？筛鶕涮匦詣澐譃閮刹糠郑悍€壓適配器(regulated adaptor)，典型的OEM適配器；非穩壓適配器(unregulated adaptor)，典型的配件供貨適配器。

穩壓適配器的輸出電壓通過(guò)內置電路提供非常優(yōu)良的線(xiàn)路及負載調節。而相反的，非穩壓適配器所提供的輸出電壓則取決于負載，線(xiàn)路負載調節能力不強。適配器在過(guò)電流狀態(tài)下的行為也有所差別。穩壓適配器在進(jìn)入過(guò)電流區域時(shí)通常具有更為陡峭的過(guò)渡區(transition region)，如圖1所示。



圖1：穩壓及非穩壓型AC適配器的特性

輸入瞬變及過(guò)電壓狀態(tài)

現今的便攜式設備設計于通過(guò)上述類(lèi)型的適配器進(jìn)行供電，必須整合保護功能，以使得過(guò)電壓狀態(tài)下終端設備的風(fēng)險最小化。過(guò)電壓狀態(tài)可分類(lèi)為兩種模式：直流過(guò)電壓以及瞬變過(guò)電壓。

通常情況下，直流過(guò)電壓源于所插入的配件供貨或非標準適配器上錯誤的輸出電壓。另一方面，瞬變過(guò)電壓則發(fā)生于終端設備熱插入適配器的瞬間。瞬變過(guò)電壓可輕易的達到2倍的正常適配器輸出電壓，如圖2所示。



圖2：5V、1A適配器（1uF及10uF輸入電容狀態(tài)下）的熱插入瞬變特性

在適當設計時(shí)，充電器級可用于將電池和系統與外部供電源隔離，如圖3所示。在此類(lèi)拓撲中，電池組及系統的正極終端被連接至充電級的輸出。充電器功率級有效的隔離了外部適配器與系統供電總線(xiàn)。