电源通路管理集成电路的优点

1、电源通路管理集成电路的优点在无数状况下，能够用端口给电池充电为用户提供了更大的便利。但是，usb规范对usb有一定限制。一个基于usb的电池充电器必需尽可能高效率地从usb端口抽取尽可能多的功率，以满足今日的电源密集型应用在空间和热量方面的严格要求。管理电源通路是另一个问题。无数由电池供电的便携式产品可以用沟通适配器、汽车适配器、usb端口或锂离子/聚合物电池供电。不过，自主管理这些电源、负载和电池之间的电源通路带来了巨大的技术挑战。传统上，设计师们向来尝试用少量、运算和其他分立组件实现这一功能，但是向来濒临着热插拔、大浪涌电流等问题，这些问题可能引起更严峻的系统牢靠性问题。便携式消费类电子产

2、品经常采纳锂离子电池和锂离子聚合物电池，由于这类电池的能量密度相对较高与用法其他可用化学材料制成的电池相比。在给定的尺寸和分量限制条件下，它们的容量更大。随着便携式产品变得越来越复杂，对较高容量电池的需求也越来越大了，也就要求配备更先进的电池充电器。大多数消费者希翼充电时光较短，因此提高充电电流似乎是可取的。但是，提高充电电流带来了两大问题。首先，就线性充电器而言，电流增大会增强功耗（也就是热量）。第二，按照主控制器商议好的模式，充电器必需将从5v usb吸取的电流限制到100ma（500mw）或500ma（2.5w）。这种高效率充电，加之电池充电器必需实现高水平的功能集成以及节约板空间和提高

3、产品牢靠性的需求，都给设计由电池供电的电子产品带来了压力。总之，系统设计师濒临的主要挑战如下：最大限度地提高从usb端口（可提供2.5w）猎取的电流。管理输入源、电池和负载之间的电源通路。最大限度地削减热量。最大限度地提高效率。减小占板面积和高度。集成式器集成电路可以容易轻松地解决这些问题。电源通路控制与抱负电源通路控制功能能够自主和无缝地管理各种不同输入源之间的电源通路，如usb、沟通适配器和电池之间的电源通路，并向负载供电。电源通路控制允许终于产品接电后立刻工作，而不必考虑电池的充电状态，这称作“即时接通”工作。一个具有电源通路控制功能的器件既为自身供电，又用usb总线或沟通适配器电源为单

4、节锂离子/聚合物电池充电。为了确保一个满充电电池在衔接总线时保持满电量，具有电源通路控制功能的集成电路通过usb总线向负载输送功率，而不是从电池抽取功率。一旦电源被去掉，电流就通过一个内部低损耗抱负二极管从电池流向负载，从而最大限度地降低了压降和功耗。抱负二极管的正向压降远低于一般二极管或肖特基二极管的正向压降，抱负二极管的反向电流泄漏也可以更小。极小的正向压降削减了功耗和自热，延伸了电池寿命（见图1）。图1 简化的电源通路控制电路电池充电器与电源通路控制器和抱负二极管器件（电源通路管理器）集成，可高效管理多种输入电源，为电池充电，向负载供电并降低功耗，全部这一切都是在一个形状尺寸微小的集成电

5、路中实现的。电源通路控制电路可以采纳线性或开关拓扑，这两种拓扑对系统而言都有各自的优点。后面将评介这两种架构，而较传统的线性“充电器馈送型”系统将作为性能比较的基础来介绍。线性充电器馈送型系统第一代usb系统挺直在usb端口和电池之间插入限流电池充电器，由电池为系统供电。在这种“电池馈送型”系统中，可用系统功率可以表示为iusb×vbat，由于vbat是系统负载唯一可用的电压（见图2）。输入电流约等于充电电流，因此无须附加输入限流。系统负载挺直衔接到电池上，不需要抱负二极管。所受到的一些限制包括：低效率；从usb吸取的电流限制到500ma；电池没电或缺失（以及电池电压低）时，没有系统

6、电源；将近一半的可用功率损失在线性电池充电器单元内。图2 简化的“电池馈送型”控制电路线性电源通路系统其次代usb充电系统在usb端口和电池之间采纳了中间电压。这种中间总线电压拓扑称为电源通路系统。在电源通路集成电路中，usb端口和中间电压vout之间放置了一个限流开关。vout为线性电池充电器和系统负载供电。这种系统的优点是，电池与系统负载之间被隔断了，因此一有机会就可以举行充电（见图3）。该电源通路系统还实现了“即时接通”工作，由于电源一加到电路上，中间电压就可用于系统负载。这允许终于产品一插电就立刻工作，而不论电池的充电状态如何。在线性电源通路系统中，只要未超过输入电流限制，那么usb端

7、口提供的2.5w功率的大部分就可由系统负载获得。因此，与电池馈送型系统相比，线性电源通路系统具有极大的优点。但是，仍有无数功率损失在线性电池充电器单元中，尤其是电池电压较低时（输入电压和电池电压之间产生大的电压差）更是这样。注重，就个别的沟通适配器（或高压）输入通路而言，可能会做些调整，就以较高效率工作而言，一个可选外部pfet可以降低抱负二极管的阻抗。图3 简化的线性电源通路电路通路系统新的第三代usb充电系统具有基于开关模式的拓扑。此类电源通路型器件从一个符合usb规格的降压型开关稳压器产生一个中间总线电压，该电压被调整至电池电压范围内的某一固定数值（见图4）。这种形式的自适应输出控制称为

8、bat-tracktm(电池跟踪)。稳定的中间电压仅调整到足够传给线性充电器恰够充电的电压值。通过这种方式跟踪电池电压，最大限度地减小了线性电池充电器中的功耗，提高了效率，并最大限度地提高了负载可用功率。平均开关输入电流限制最大限度地提高了利用usb电源提供的所有2.5w功率的能力，可选外部pfet则降低抱负二极管的阻抗。这种架构对具有大电池（1.5ah）的系统而言是“必需”的。像线性电源通路配置一样，开关电源通路系统也提供“即时接通”工作。图4 简化的开关电源通路电路解决计划无数公司都推出了单片锂离子/聚合物开关电源通路管理器，公司的ltc4088就是其中一种。它能提供1.5a充电电流，适用

9、于迅速充电应用。该器件具有同步整流、“即时接通”工作和bat-track自适应输出控制能力，可实现高效率工作。ltc4088的电源通路控制功能和开关模式架构最大限度地提高了可从usb获得的功率，而且低阻抗“抱负二极管”mosfet产生热量较少。因为节约了功率，因此ltc4088允许vout端的负载电流超过从usb端口吸取的电流而不会超过usb负载规范（见图5）。其扁平14引脚、3mm×4mm dfn封装和很少的外部组件可为媒体播放器、智能电话、数码相机、手持式计算机和系统组成容易、紧凑和经济的解决计划。高效率开关模式电源转换允许标准usb端口提供高于700ma的充电电流(不是限制到500ma，而是限制到大约2.3w)，ltc3就是这样的产品。该pmic将usb开关电源通路管理器和电池充电器与3个同步降压型稳压器和结合在一起，采纳小型28引脚（4mm×5mm）qfn封装，可提供完整的电源解决计划（见图6）。图5 从usb获得的ltc4088充电电流图6 ltc3555方框图恒定电流、恒定电压锂离子/聚合物电池充电器利用电池跟踪功能，通过产生自动跟踪电池电压的输入电压，最大限度地提高电池充电器的效率。i2c串行接口使得系统设计师能够彻底控制充电