電池充電器功能與充電拓撲結構的詳解

　　在《為工業(yè)應用選擇正確的電池充電器》中，我們討論了獨立與主機控制的充電器和外部與集成開(kāi)關(guān)FET?，F在讓我們來(lái)看看不同的充電拓撲結構。

　　首先，我們必須更好地理解電池充電器功能：動(dòng)態(tài)電源管理（DPM）和動(dòng)態(tài)電源路徑管理（DPPM）。這兩個(gè)功能與充電拓撲結構密切相關(guān)，同樣重要。不同的拓撲結構決定了DPM和DPPM性能以及與所選不同元件相關(guān)的總成本。對于低功率應用，NVDC充電器以其較低的成本和DPM/DPPM功能引起了人們的關(guān)注。對于更高功率的應用，則選擇傳統的充電拓撲結構以降低功耗。

　　具有更高輸出額定值的適配器通常更貴。為了降低成本，您可能想使用額定值較低的適配器，但這樣做需要帶有基于電流的DPM功能的充電器，以防止適配器過(guò)載。此保護是為了防止總系統負載和電池負載超過(guò)適配器可以提供的總功率。例如，bq24133等具有基于電流的DPM的充電器可以處理寬輸入電源而不會(huì )發(fā)生過(guò)載（圖1）。

　　圖1：基于電流的DPM

　　為了獲得峰值系統性能，還需要DPPM功能，以便充電器可以以補充模式工作，使電池可以通過(guò)電池FET為系統提供電源，而不是必須充電（圖2）。在設計時(shí)，應該考慮性能和成本之間的權衡。更高的性能通常與更高的成本相關(guān)。諸如TI的bq24610等充電器控制器具有DPM和DPPM控制，可支持高達10A的充電電流。

　　圖2：DPPM電流路徑示例

　　已經(jīng)對DPM和DPPM有了更好的理解，我們現在可以探討充電拓撲結構。三種最常見(jiàn)的充電拓撲結構是傳統拓撲結構，混合拓撲結構和窄VDC（NVDC）拓撲結構。

　　對于傳統拓撲結構充電器如bq24170、同步開(kāi)關(guān)模式獨立電池充電器和bq24725A SMBus充電控制器，系統軌可以達到最大適配器電壓。如果從電池操作，系統電壓可以低至最小電池電壓。高壓輸入源可能導致系統軌的大幅擺動(dòng)（圖3）。使用此拓撲結構的優(yōu)點(diǎn)是系統從輸入源可以獲得最大功率。其缺點(diǎn)是解決方案總成本高，因為元件需要處理高功率，所以更貴。

　　圖3：傳統充電拓撲結構

　　在一些應用中，系統僅需要峰值功率輸送。設計用于正常運行的適配器不能滿(mǎn)足峰值功率需求，而且傳統的充電拓撲結構不允許電池在補充模式下工作提供額外的功率。這一問(wèn)題的解決方案是混合充電拓撲結構，如圖4所示。

　　圖4：混合充電拓撲結構

　　在混合充電拓撲結構中，電池可以以升壓模式中向系統提供額外的功率用于峰值功率輸送。bq24735和bq24780S等電池充電器IC屬于這一類(lèi)拓撲結構?；旌铣潆娡負浣Y構也稱(chēng)為“渦輪增壓”模式。這種拓撲結構在筆記本電腦應用中非常流行。

　　傳統和混合充電拓撲結構都需要系統軌來(lái)處理與輸入源相同的高電壓。然而，在一些應用中，系統軌需要采用較低額定值的元件以降低成本。在這種情況下，可以考慮bq24770或bq24773等產(chǎn)品中含有的NVDC拓撲結構，通過(guò)控制電池FET使系統電壓與電池電壓非常接近，如圖5所示。

　　圖5：NVDC充電拓撲結構

　　在設計充電系統時(shí)，必須平衡性能、功能和解決方案成本。選擇正確的拓撲結構和設備可以實(shí)現更高的效率，同時(shí)保持最低的解決方案成本。