德州儀器公司電池管理解決方案產(chǎn)品線經(jīng)理Samuel Wong說：“USB-Type-C/PD適配器越來越受歡迎，并正在成為一種通用的充電標(biāo)準(zhǔn)。“BQ25790和BQ25792的高功率密度性能可以幫助設(shè)計(jì)工程師利用USB-PD增加的輸入功率，并為不同（1S到4S）電池配置提供靈活性。”

 

快速充電

 

有限的電池壽命損害了智能手機(jī)用戶的自主性。不管最新的智能手機(jī)電池有多出色，它們的尺寸仍然有限。制造商試圖使手機(jī)越來越節(jié)能，但這些手機(jī)一直被用于日益耗電的應(yīng)用。結(jié)果是，如果只充電一次，你的電池通常不會(huì)持續(xù)到晚上。

 

快速充電允許您使用一些技術(shù)技巧快速恢復(fù)設(shè)備的電池壽命。用于快速充電的電池充電器還作用于電壓值，從而顯著提高功率輸出。

 

充電標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)復(fù)雜的混合化學(xué)和物理，由于每一個(gè)都有其局限性，不兼容本身可能是一個(gè)問題。當(dāng)電流流過智能手機(jī)的電池時(shí)，電池會(huì)重新充電。更高的電流和更高的電壓能更快地給電池充電，但它們的容量是有限的。電荷調(diào)節(jié)器（IC）通過調(diào)節(jié)進(jìn)出電池的總電流來防止危險(xiǎn)的電流浪涌。

 

USB-PD提供了一個(gè)有用的選擇，快速和高效的充電在廣泛的應(yīng)用。USB PD的輸出電壓范圍可根據(jù)不同電池配置的不同電池供電設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，以利用USB PD的5-W至100-W（20-V/5-A）功率譜。

 

TI的buck boost集成電路

 

通用充電允許從汽車適配器或USB PD適配器充電，為各種設(shè)備帶來了新的靈活性和便利性，特別是在醫(yī)療領(lǐng)域。雙向充電支持移動(dòng)（OTG）充電。

 

為了滿足消費(fèi)者的期望，設(shè)計(jì)人員正在尋找能夠延長電池運(yùn)行時(shí)間和利用最大電池容量的解決方案，同時(shí)有效地充電和減少散熱，以最大限度地減少充電器IC內(nèi)的功耗。

 

新的TI系列集成buck-boost充電器集成電路，包括BQ25790和BQ25792，使用USB-PD輸入，在3.6-V至24-V輸入電壓范圍內(nèi)為1S-4S電池充電時(shí)提供更大的靈活性。該設(shè)備使用非常低功耗的充電集成電路，以延長電池運(yùn)行時(shí)間，并在不使用應(yīng)用程序時(shí)盡可能節(jié)省電池電量。除了超低功耗外，充電器還配備了一個(gè)充電定時(shí)器，允許在正常充電周期之外進(jìn)行額外充電，從而使電池達(dá)到最大容量充電。

 

BQ25790和BQ25792多單元buck-boost充電器使用的靜態(tài)電流小于1µA。再加上8 mΩ極低的電池場效應(yīng)晶體管電阻器，工程師可以進(jìn)一步將電池工作時(shí)間最大化，以滿足需要長時(shí)間運(yùn)行的應(yīng)用（圖1）。

 

圖1：25790:BQ0

 

Samuel Wong說：“在便攜式電子設(shè)計(jì)中，靜態(tài)電流有兩個(gè)主要挑戰(zhàn)：第一種靜態(tài)電流是在設(shè)備運(yùn)輸和儲(chǔ)存期間的長貨架期關(guān)機(jī)模式。”“BQ25790和BQ25792提供低至0.6µa的關(guān)機(jī)模式。關(guān)機(jī)模式不僅將IC電流消耗降至最低，還將系統(tǒng)與電池完全斷開，以避免系統(tǒng)功耗，這使得電池可以保持滿容量幾個(gè)月。第二種靜態(tài)電流是電池模式，當(dāng)電池為系統(tǒng)供電時(shí)使用這種模式。為了提供長時(shí)間的電池運(yùn)行時(shí)間，這些buck-boost電池充電器的設(shè)計(jì)目的是將IC本身消耗的電流降到最低。”

 

新的buck-boost充電器完全集成了以下組件：金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（mosfet）、電池FET、電流傳感電路和雙輸入選擇開關(guān)。組件數(shù)量的減少對于智能音箱等應(yīng)用尤其重要，智能音箱體積更小，價(jià)格也隨著市場采用率的提高而降低。

 

“組件集成在面積、成本和性能方面總是有折衷的，”Wong說。BQ25790和BQ25792分別在<10-mm2（WCSP）或16-mm2（QFN）封裝中集成了四個(gè)buck-boost變換器mosfet、一個(gè)電池FET和兩個(gè)電流感測電阻器。這大大縮小了50%以上的解決方案尺寸，使PCB封裝中的功率密度增加了一倍。我們的高效功率轉(zhuǎn)換器和創(chuàng)新的包裝，充電器支持高達(dá)155兆瓦/平方毫米。小型集成解決方案不僅增加了功率密度，而且通過簡單的設(shè)計(jì)和最小的BOM提供了更好的用戶體驗(yàn)。”

 

近年來，buck-boost充電器越來越受歡迎，因?yàn)樗軌驈膸缀跞魏屋斎朐礊殡姵爻潆?，并能滿足C型和PD-USB適配器的需求。廣泛采用usbtype-C的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢是實(shí)現(xiàn)通用適配器和相應(yīng)減少電子浪費(fèi)的現(xiàn)實(shí)途徑。高功率密度buck-boost充電器不僅要集成一般功能的充電模塊，還要集成DC/DC變換器等其它模塊，以簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。圖2顯示了USB充電系統(tǒng)的解決方案。

 

圖2:USB PD充電解決方案的框圖

 

當(dāng)適配器不存在時(shí)，DC/DC轉(zhuǎn)換器對電池放電以產(chǎn)生VBUS調(diào)節(jié)的電壓并為外部設(shè)備供電。在沒有適配器的情況下，放電電源路徑中的連排式mosfet將導(dǎo)通，將輸出電壓U3切換到VBUS，并保持VBUS電壓。這使DC/DC轉(zhuǎn)換器始終接通。作為輸入過壓和過流保護(hù)電路的一部分，外部連排式mosfet的控制邏輯和驅(qū)動(dòng)電路也集成在充電器中。

 

圖3：完全集成的buck-boost充電

 

圖3所示的完全集成的buck-boost充電器可以簡化USB PD充電解決方案的全系統(tǒng)設(shè)計(jì)。作為輸入過壓和過流保護(hù)電路的一部分，外部連排式mosfet的控制邏輯和驅(qū)動(dòng)電路也集成到充電器中。這些特性消除了從方框圖中支持輸入電源路徑管理和輸入電流檢測的單元。

 

圖4：單塊buck-boost充電器實(shí)現(xiàn)的usbtype-C-FRS

 

圖5：從VBUS sink到VBUS源的Buck-boost充電器FRS

 

為了支持C型USB端口的快速角色交換（FRS），該集成buck-boost充電器實(shí)現(xiàn)了一種新的備份模式，可以監(jiān)控VBUS電壓；VBUS電壓下降到預(yù)設(shè)閾值以下表示適配器已卸下。FRS是usbpd3.0的一個(gè)很好的新特性，其中提供電源的設(shè)備可以快速改變其電源角色，成為一個(gè)能量消耗者，以保持一致的數(shù)據(jù)連接。FRS有助于防止設(shè)備意外斷電時(shí)可能發(fā)生的任何數(shù)據(jù)丟失（圖4和圖5）。

 

 

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