充電電路沒(méi)有簡(jiǎn)單事，淺談如何執行高效率設計

　　如果使用不帶充放電路徑管理的器件，充電結束后，充電模塊關(guān)閉，系統開(kāi)始從電池取電，電池電壓隨之降低，一旦電壓降低到一個(gè)門(mén)限值，充電周期重新開(kāi)始，使電池經(jīng)常處于充放電、再充電循環(huán)之中，容易造成電池過(guò)早老化。

　　即時(shí)導通技術(shù)改善用戶(hù)體驗

　　電池充電的另一個(gè)挑戰是需要改善用戶(hù)體驗。用戶(hù)時(shí)常有這樣的疑問(wèn)：為什么電池電量低時(shí)我要充電5分鐘后系統才能導通系統？這是因為當用戶(hù)連接便攜設備充電的同時(shí)，通常也需要使用設備。令人尷尬的是，即使是最新型設備也要求約5分鐘的初始充電，然后才允許系統啟動(dòng)及使用。如果采用雙路徑管理（DPM）技術(shù)，即可在插入充電線(xiàn)纜時(shí)立即導通便攜設備。

　　NCP185x系列就應用了這樣的即時(shí)導通系統技術(shù)，由于器件內集成的電流源可為電池充電，即使電池電壓非常低，當用戶(hù)插入電源適配器時(shí)，也可使系統電壓保持在3.6V，讓系統立即開(kāi)啟，無(wú)需等待；另外，內部集成的一個(gè)5 V升壓器支持USB On-The-Go（OTG）反向供電，或用于HDMI接口的DDC電壓供電，可以一邊安全地給電池充電，一邊單獨為系統供電，如圖3所示。當電池電壓達到3.4 V時(shí)預充電結束，外部充電MOS管導通，系統電壓跟隨電池電壓。傳統充電器在電池電量低時(shí)，電池需要預充電一段時(shí)間，等待電池電壓恢復到最低電壓以上才能開(kāi)機。

　　圖3：插入充電線(xiàn)纜時(shí)即時(shí)導通便攜設備

　　安森美半導體的器件還支持死電池激活。當電池電壓低于2.2 V時(shí)，開(kāi)關(guān)充電器件提供10 mA小電流激活電池。此時(shí)系統仍可立即開(kāi)機。

　　支持USB OTG附件

　　對于平板電腦來(lái)說(shuō)，通常需要支持USB OTG功能。USB OTG附件要求便攜設備在USB事務(wù)處理中充當USB主機，在VBUS線(xiàn)路上提供5 V輸出電壓，供外設使用；一些智能手機帶有HDMI輸出接口，也需要一個(gè)5 V DDC電壓。這通常要使用外部升壓直流-直流（DC-DC）轉換器將電池電壓升壓至5 V、500 mA的穩壓電壓軌。NCP185x系列器件集成了一個(gè)5 V升壓器，能支持USB OTG附件或HDMI輸出接口，最大提供500 mA電流，并省去了一個(gè)外部升壓轉換器。NCP185x系列接地的ID引腳可以識別USB OTG附件，應用反向升壓轉換器來(lái)提供5 V、500 mA輸出，不僅可以支持USB OTG功能，還可以為物料單（BOM）節省1顆額外電感。

　　圖4：支持USB OTG功能

　　多管齊下保證設備的安全性

　　另一個(gè)電池充電的挑戰是要保證設備安全性不受影響。NCP185x系列采用了多種安全措施來(lái)實(shí)現這一目標，包括正向及負向嵌入式過(guò)壓保護（OVP）、內部結溫傳感器及管理，以及外部電池負溫度系數（NTC）及JEITA管理，而且可提供事件報告機制，將插入、過(guò)壓、過(guò)熱、過(guò)冷、充電周期狀態(tài)、充電開(kāi)始、充電完成等報告給CPU進(jìn)行相應處理。

　　獨特的正向及負向過(guò)壓保護可防止新便攜設備受到過(guò)壓的損壞。線(xiàn)纜及充電器都是一般商品，在廉價(jià)的零配件市場(chǎng)就可以買(mǎi)到，出現故障的可能性很高。充電源可以是交流適配器（電壓達20 V）、計算機USB端口（通常12 V-20 V）、小汽車(chē)車(chē)載套件（典型值12 V）或卡車(chē)（典型值24 V），因此只有強固的正向28 V過(guò)壓保護才可以保護設備的安全，且在上述所有應用場(chǎng)景下都提供足夠的裕量。NCP185x系列可提供+28 V過(guò)壓保護，可防止充電器故障或熱插拔時(shí)過(guò)高的浪涌電壓損壞開(kāi)關(guān)充電器件；此外還有一種情況，在出現插口/連接器故障時(shí)，VIN和GND可能反向，NCP1852率先提供了-20 V OVP能力以幫助保護正在充電的手機。

　　NCP185x系列具有電池溫度監測功能，可監測4個(gè)溫度區（根據JEITA規范）：冷＜+5℃，不充電；正常溫度+5℃至+45℃，滿(mǎn)額充電；熱＞45℃，降低充電電流；燙＞65℃，不充電，從而確保電池充電過(guò)程不會(huì )過(guò)熱、起火和爆炸。電池溫度監測功能是完全可軟件編程的。

　　圖4：4個(gè)溫度區的電池溫度監測

　　NCP185x系列還可以將充電操作的變化或意料之外的故障報告給外部FLAG引腳，以便中斷充電；應用處理器可以通過(guò)I2C啟動(dòng)充電控制及充電周期，且配合報告充電事件。

　　寬廣陣容的NCP185x系列應對不同需求

　　安森美半導體提供豐富的開(kāi)關(guān)電池充電器件產(chǎn)品陣容來(lái)應對便攜設備的充電挑戰。NCP185x系列目前包括的NCP1850、NCP1851和 NCP1852三款產(chǎn)品都可以滿(mǎn)足這一要求，并又各有特色。今后，這系列產(chǎn)品還將增加更多產(chǎn)品，支持更大充電電流，配合用戶(hù)的更廣泛需求。

　　圖5：安森美半導體NCP185x系列開(kāi)關(guān)電池充電器產(chǎn)品架構

　　其中，NCP1851是一款低高度、1.6 A、極具創(chuàng )新的開(kāi)關(guān)電池充電器，允許使用功率有限的電源，如標準墻壁充電器和USB；NCP1852是首款帶+28V/-20V OVP的1.8A SBC，允許使用高功率墻壁充電器和USB等電源；NCP1850則是帶雙路徑的最小尺寸1.5 A SBC，允許以低系統成本使用標準墻充電器和USB等功率有限的電源。

　　以NCP1851為例，它是一款完全可編程的鋰離子開(kāi)關(guān)電池充電器件，可大幅縮短充電時(shí)間，延長(cháng)電池使用時(shí)間，并增添了先進(jìn)的啟動(dòng)功能。該器件集成了動(dòng)態(tài)電源路徑管理功能，在電池電量低的情況下能迅速導通系統，對已深度放電的電池充電。該器件的內部結溫傳感器，以及外部負溫度系數熱敏電阻通過(guò)將專(zhuān)用中斷傳達給I2C控制總線(xiàn)來(lái)確保系統安全充電。NCP1851提供USB OTG模式，無(wú)需另一個(gè)升壓轉換器，即可將電源配件插入USB端口。NCP1851提供1.6 A充電能力，尺寸僅為2.2×2.55 mm，用于符合USB標準的最新輸入電源及大容量電池，能在90分鐘內完成1，650 mAh、4.2 V鋰離子電池的完整充電周期。