技術分享:詳解電池充電器功能與充電拓撲結構
發布時間:2016-10-25 責任編輯:sherry
【導讀】在設計充電係統時,必須平衡性能、功(gong)能(neng)和(he)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)成(cheng)本(ben)。選(xuan)擇(ze)正(zheng)確(que)的(de)拓(tuo)撲(pu)結(jie)構(gou)和(he)設(she)備(bei)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)更(geng)高(gao)的(de)效(xiao)率(lv),同(tong)時(shi)保(bao)持(chi)最(zui)低(di)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)成(cheng)本(ben)。本(ben)文(wen)主(zhu)要(yao)為(wei)大(da)家(jia)詳(xiang)解(jie)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)器(qi)功(gong)能(neng)與(yu)充(chong)電(dian)拓(tuo)撲(pu)結(jie)構(gou),給(gei)大(da)家(jia)打(da)基(ji)礎(chu)!
讓我們來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:動態電源管理(DPM)和動態電源路徑管理(DPPM)。這兩個功能與充電拓撲結構密切相關,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的總成本。對於低功率應用,NVDC充電器以其較低的成本和DPM/DPPM功能引起了人們的關注。對於更高功率的應用,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於電流的DPM功能的充電器,以防止適配器過載。此保護是為了防止總係統負載和電池負載超過適配器可以提供的總功率。例如,bq24133等具有基於電流的DPM的充電器可以處理寬輸入電源而不會發生過載(圖1)。

圖1:基於電流的DPM
為了獲得峰值係統性能,還需要DPPM功能,以便充電器可以以補充模式工作,使電池可以通過電池FET為係統提供電源,而不是必須充電(圖2)。在設計時,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。諸如TI的bq24610等充電器控製器具有DPM和DPPM控製,可支持高達10A的充電電流。

圖2:DPPM電流路徑示例
已經對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。
對於傳統拓撲結構充電器如bq24170、同步開關模式獨立電池充電器和bq24725A SMBuschongdiankongzhiqi,xitongguikeyidadaozuidashipeiqidianya。ruguocongdianchicaozuo,xitongdianyakeyidizhizuixiaodianchidianya。gaoyashuruyuankenengdaozhixitongguidedafubaidong(圖3)。使用此拓撲結構的優點是係統從輸入源可以獲得最大功率。其缺點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(zai)一(yi)些(xie)應(ying)用(yong)中(zhong),係(xi)統(tong)僅(jin)需(xu)要(yao)峰(feng)值(zhi)功(gong)率(lv)輸(shu)送(song)。設(she)計(ji)用(yong)於(yu)正(zheng)常(chang)運(yun)行(xing)的(de)適(shi)配(pei)器(qi)不(bu)能(neng)滿(man)足(zu)峰(feng)值(zhi)功(gong)率(lv)需(xu)求(qiu),而(er)且(qie)傳(chuan)統(tong)的(de)充(chong)電(dian)拓(tuo)撲(pu)結(jie)構(gou)不(bu)允(yun)許(xu)電(dian)池(chi)在(zai)補(bu)充(chong)模(mo)式(shi)下(xia)工(gong)作(zuo)提(ti)供(gong)額(e)外(wai)的(de)功(gong)率(lv)。這(zhe)一(yi)問(wen)題(ti)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)是(shi)混(hun)合(he)充(chong)電(dian)拓(tuo)撲(pu)結(jie)構(gou),如(ru)圖(tu)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係統提供額外的功率用於峰值功率輸送。bq24735和bq24780S等電池充電器IC屬於這一類拓撲結構。混合充電拓撲結構也稱為“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(chuan)統(tong)和(he)混(hun)合(he)充(chong)電(dian)拓(tuo)撲(pu)結(jie)構(gou)都(dou)需(xu)要(yao)係(xi)統(tong)軌(gui)來(lai)處(chu)理(li)與(yu)輸(shu)入(ru)源(yuan)相(xiang)同(tong)的(de)高(gao)電(dian)壓(ya)。然(ran)而(er),在(zai)一(yi)些(xie)應(ying)用(yong)中(zhong),係(xi)統(tong)軌(gui)需(xu)要(yao)采(cai)用(yong)較(jiao)低(di)額(e)定(ding)值(zhi)的(de)元(yuan)件(jian)以(yi)降(jiang)低(di)成(cheng)本(ben)。在(zai)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia),可(ke)以(yi)考(kao)慮(lv)bq24770或bq24773等產品中含有的NVDC拓撲結構,通過控製電池FET使係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
在設計充電係統時,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現更高的效率,同時保持最低的解決方案成本。
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