導入電纜壓降補償功能　移動(dòng)裝置充電更快速

　　電纜壓降補償（Cable Drop Compensation）是減少總充電時(shí)間的關(guān)鍵特性之一。

　　可攜式裝置額定功率越高，而電池終端電壓越低。如果充電器沒(méi)有電纜壓降補償功能，則恆定電壓（CV）工作模式下的低充電電流，將導致施加于電池的電壓較低，且提升速度非常緩慢，導致總充電時(shí)間延長(cháng)。

　　因此有必要根據負載電流的壓降比，對充電器進(jìn)行輸出電壓補償來(lái)加快充電。本文將介紹一種透過(guò)幾個(gè)被動(dòng)元件實(shí)現的外部電纜壓降補償方法，其結構簡(jiǎn)單且成本低廉。

　　常用控制器內部不包含電纜壓降補償功能，如果使用控制器不是專(zhuān)門(mén)為電池充電系統設計，則須在外部實(shí)施補償電路，并採用盡可能少的元件數量。

　　在既有控制器外實(shí)作補償電路

　　要實(shí)現良好的電纜壓降補償，須要對負載電流進(jìn)行精確測量或估算。根據產(chǎn)生負載電流資訊的方法，目前有兩種解決方案。圖1顯示感測負載電流最簡(jiǎn)單的方法。

　　圖1 實(shí)現電纜壓降補償的直接感測方法

　　感測電阻器感測負載電流

　　在負載電流返回路徑上有一個(gè)感測電阻器Rsense。負載電流增加時(shí)，感測電壓Vsense反方向增加。Vsense透過(guò)RC被施加到并行穩壓器的參照接腳，由于通過(guò)R2的電流是固定的，當Vsense反方向增加時(shí)，通過(guò)R1的電流增加。因此，輸出電壓VO也隨之增加。當根據負載電纜的阻抗適當選擇RC 時(shí)，VO得到補償，從而保持電池終端電壓恆定。

　　因為負載電流是直接感測的，因此這個(gè)方法簡(jiǎn)單且可靠。然而，感測電阻器的功率損失相當大，特別是對于大功率系統，因此總效率越來(lái)越差。為實(shí)現補償，需要的是估算負載電流，而非直接的電流感測。

　　從次級側二極體導通時(shí)間估算負載電流

　　當充電器系統設計採用不連續導通模式（DCM）時(shí)，負載電流與初級側中主開(kāi)關(guān)的工作週期或次級側二極體的導通持續時(shí)間成比例（圖2）。當初級側的主開(kāi)關(guān)導通時(shí)，附加二極體DC陰極上的電壓VDc_K為VO+VIN/n，其中n是變壓器的匝數比。次級側二極體的導通過(guò)程中，VDc_K為零；次級側二極體中的電流干運行后，VDc_K變?yōu)閂O；基于VDc_K，DC的陽(yáng)極電壓VDc_A被鉗位在VO。使用R4和C1后，在一個(gè)開(kāi)關(guān)週期內VDc_A降低并平均，平均電壓VC1表示次級側二極體的導通持續時(shí)間。

　　圖2 實(shí)現電纜壓降補償的導通時(shí)間估算方法

　　如果採用一個(gè)非常輕的負載，即VDc_A的零電壓持續時(shí)間極短，VC1與輸出電壓VO成比例。隨著(zhù)負載電流的增加，即VDc_A的零電壓持續時(shí)間增加，VC1降低與零電壓持續時(shí)間成反比。相較變壓器的磁化電流或負載電流，隨著(zhù)負載電流的增加，VC1越來(lái)越低。

　　由于并行穩壓器的參照接腳電壓是固定的，因此通過(guò)R2的電流始終是恆定的，而輸出電壓由通過(guò)R1的電流決定。假設將通過(guò)R1的電流設定為適當值，以調整在輕載條件下通過(guò)RC的電流來(lái)獲得充電器輸出電容的額定輸出電壓VO。隨著(zhù)負載電流的增加，VC1減少，從而使通過(guò)RC的電流減小。為向R2提供一個(gè)恆定電流，通過(guò)R1的電流隨著(zhù)通過(guò)RC的電流的減少而增加。因此，通過(guò)R1的電流增加時(shí)，VO增大。

　　此方法會(huì )產(chǎn)生一個(gè)訊號，表示無(wú)功率損失的次級側二極體的導通持續時(shí)間。該方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是只需要使用五個(gè)小尺寸元件，但輸出電流不能正確地反映到補償電路。例如當次級側二極體的導通持續時(shí)間增加兩倍時(shí)，補償電路確認負載增加兩倍，即使由于叁角形的面積，實(shí)際負載電流增加四倍。

　　電纜壓降補償功能助力　行動(dòng)裝置充電加速

　　接下來(lái)將對更精確方案進(jìn)行討論。圖4為建議方案的工作塬理。當一個(gè)電壓（VA）被施加到一個(gè)R-C濾波器時(shí)，電容器電壓呈指數增加，如下所示：

　　圖4 負載電流估算方法中的關(guān)鍵波形

　　。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。公式1

　　起點(diǎn)附近的指數曲線(xiàn)斜率通過(guò)微分等式1計算得出，如下所示：

　　。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。公式2

　　當電容器電壓的初始條件為零時(shí)，曲線(xiàn)從0V開(kāi)始，斜率為VA。如果選擇的RC時(shí)間常數合適，且應用VA的持續時(shí)間足夠短，曲線(xiàn)近似直線(xiàn)。使用這一工作塬理，可以精確地類(lèi)比負載電流。

　　圖3顯示專(zhuān)有解決方案的塬理圖。隨著(zhù)次級側繞組上所施加電壓的變化，第一個(gè)R-C濾波器、一個(gè)二極體（Rf1、Cf1及Df1）產(chǎn)生一個(gè)叁角波形。主開(kāi)關(guān)導通時(shí)，次級側繞組的電壓為VIN/n，次級側二極體導通時(shí)，電壓為VO。因此，Vf1的上升和下降斜率分別與VIN和VO成比例。如果選擇的 Rf1Cf1時(shí)間常數適當，Vf1的斜率類(lèi)似磁化電流。因此，這形象地展示變壓器的磁化電流，如圖4中所示。通過(guò)第二個(gè)R-C濾波器（Rf2及Cf2）的平均電壓Vf2與負載電流成精確比例。負載電流增加時(shí)，Vf2反方向增加，并導致VO增加，與先前解決方案中的方式相同。在返馳式轉換器中，負載電流的計算方法如下：