安森美新開關(guān)電池充電方案
圖1：利用自動輸入限流縮短總體充電時間 充電結(jié)束時自動斷開電池連接，延長電池使用壽命 不少用戶經(jīng)常抱怨電池壽命短，許多便攜系統(tǒng)的電池壽命在使用幾個月后就受到明顯影響，原因是電池在充電結(jié)束后還一直在充電。優(yōu)化電池總體壽命的方法是在充電結(jié)束時電池連接即自動斷開。安森美半導(dǎo)體NCP185x帶有充放電路徑管理功能，可以在系統(tǒng)充電結(jié)束時自動斷開電池連接，系統(tǒng)僅從外部帶有適配器或USB端口取電，僅在出現(xiàn)峰值電流活動(大于外部電源適配器所能提供的電流，如使用GSM)時，才導(dǎo)通電池與系統(tǒng)之間連接，短時間從系統(tǒng)補充電流，其他時間電池與系統(tǒng)保持管理。在外部電源連接情況下，系統(tǒng)優(yōu)先從外部適配器取電，以保存電池電量，延長電池使用時間，如圖2所示。 
圖2：充電結(jié)束時自動斷開電池連接 如果使用不帶充放電路徑管理的器件，充電結(jié)束后，充電模塊關(guān)閉，系統(tǒng)開始從電池取電，電池電壓隨之降低，一旦電壓降低到一個門限值，充電周期重新開始，使電池經(jīng)常處于充放電、再充電循環(huán)之中，容易造成電池過早老化。 即時導(dǎo)通技術(shù)改善用戶體驗 電池充電的另一個挑戰(zhàn)是需要改善用戶體驗。用戶時常有這樣的疑問：為什么電池電量低時我要充電5分鐘后系統(tǒng)才能導(dǎo)通系統(tǒng)？這是因為當(dāng)用戶連接便攜設(shè)備充電的同時，通常也需要使用設(shè)備。令人尷尬的是，即使是最新型設(shè)備也要求約5分鐘的初始充電，然后才允許系統(tǒng)啟動及使用。如果采用雙路徑管理(DPM)技術(shù)，即可在插入充電線纜時立即導(dǎo)通便攜設(shè)備。 NCP185x系列就應(yīng)用了這樣的即時導(dǎo)通系統(tǒng)技術(shù)，由于器件內(nèi)集成的電流源可為電池充電，即使電池電壓非常低，當(dāng)用戶插入電源適配器時，也可使系統(tǒng)電壓保持在3.6V，讓系統(tǒng)立即開啟，無需等待；另外，內(nèi)部集成的一個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(tǒng)供電，如圖3所示。當(dāng)電池電壓達到3.4 V時預(yù)充電結(jié)束，外部充電MOS管導(dǎo)通，系統(tǒng)電壓跟隨電池電壓。傳統(tǒng)充電器在電池電量低時，電池需要預(yù)充電一段時間，等待電池電壓恢復(fù)到最低電壓以上才能開機。 
圖3：插入充電線纜時即時導(dǎo)通便攜設(shè)備 安森美半導(dǎo)體的器件還支持死電池激活。當(dāng)電池電壓低于2.2 V時，開關(guān)充電器件提供10 mA小電流激活電池。此時系統(tǒng)仍可立即開機。 支持USB OTG附件 對于平板電腦來說，通常需要支持USB OTG功能。USB OTG附件要求便攜設(shè)備在USB事務(wù)處理中充當(dāng)USB主機，在VBUS線路上提供5 V輸出電壓，供外設(shè)使用；一些智能手機帶有HDMI輸出接口，也需要一個5 V DDC電壓。這通常要使用外部升壓直流-直流(DC-DC)轉(zhuǎn)換器將電池電壓升壓至5 V、500 mA的穩(wěn)壓電壓軌。NCP185x系列器件集成了一個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，并省去了一個外部升壓轉(zhuǎn)換器。NCP185x系列接地的ID引腳可以識別USB OTG附件，應(yīng)用反向升壓轉(zhuǎn)換器來提供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(jié)省1顆額外電感。 
圖4：支持USB OTG功能 多管齊下保證設(shè)備的安全性 另一個電池充電的挑戰(zhàn)是要保證設(shè)備安全性不受影響。NCP185x系列采用了多種安全措施來實現(xiàn)這一目標(biāo)，包括正向及負向嵌入式過壓保護(OVP)、內(nèi)部結(jié)溫傳感器及管理，以及外部電池負溫度系數(shù)(NTC)及JEITA管理，而且可提供事件報告機制，將插入、過壓、過熱、過冷、充電周期狀態(tài)、充電開始、充電完成等報告給CPU進行相應(yīng)處理。 獨特的正向及負向過壓保護可防止新便攜設(shè)備受到過壓的損壞。線纜及充電器都是一般商品，在廉價的零配件市場就可以買到，出現(xiàn)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)、小汽車車載套件(典型值12 V)或卡車(典型值24 V)，因此只有強固的正向28 V過壓保護才可以保護設(shè)備的安全，且在上述所有應(yīng)用場景下都提供足夠的裕量。NCP185x系列可提供+28 V過壓保護，可防止充電器故障或熱插拔時過高的浪涌電壓損壞開關(guān)充電器件；此外還有一種情況，在出現(xiàn)插口/連接器故障時，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(jiān)測功能，可監(jiān)測4個溫度區(qū)(根據(jù)JEITA規(guī)范)：冷＜+5℃，不充電；正常溫度+5℃至+45℃，滿額充電；熱＞45℃，降低充電電流；燙＞65℃，不充電，從而確保電池充電過程不會過熱、起火和爆炸。電池溫度監(jiān)測功能是完全可軟件編程的。 
圖4：4個溫度區(qū)的電池溫度監(jiān)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(yīng)用處理器可以通過I2C啟動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(yīng)對不同需求 安森美半導(dǎo)體提供豐富的開關(guān)電池充電器件產(chǎn)品陣容來應(yīng)對便攜設(shè)備的充電挑戰(zhàn)。NCP185x系列目前包括的NCP1850、NCP1851和NCP1852三款產(chǎn)品都可以滿足這一要求，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，配合用戶的更廣泛需求。 
圖5：安森美半導(dǎo)體NCP185x系列開關(guān)電池充電器產(chǎn)品架構(gòu) 其中，NCP1851是一款低高度、1.6 A、極具創(chuàng)新的開關(guān)電池充電器，允許使用功率有限的電源，如標(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)成本使用標(biāo)準(zhǔn)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關(guān)電池充電器件，可大幅縮短充電時間，延長電池使用時間，并增添了先進的啟動功能。該器件集成了動態(tài)電源路徑管理功能，在電池電量低的情況下能迅速導(dǎo)通系統(tǒng)，對已深度放電的電池充電。該器件的內(nèi)部結(jié)溫傳感器，以及外部負溫度系數(shù)熱敏電阻通過將專用中斷傳達給I2C控制總線來確保系統(tǒng)安全充電。NCP1851提供USB OTG模式，無需另一個升壓轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)的最新輸入電源及大容量電池，能在90分鐘內(nèi)完成1,650 mAh、4.2 V鋰離子電池的完整充電周期。 NCP1851與NCP185x系列的其他產(chǎn)品一樣，比競爭產(chǎn)品有更高的過壓保護能力、更大的充電電流，以及更大的USB OTG反向輸入電流能力，支持態(tài)路徑管理及電池激活功能。這些新器件所具有的快速充電時間性能及先進的功能組合，能以單芯片方案簡單地融入到最新USB充電設(shè)計中，為提升智能手機、平板電腦及其它手持設(shè)備(包括便攜醫(yī)療產(chǎn)品)的能效，實現(xiàn)這些產(chǎn)品的更高集成度、小型化、易用性、便攜性和耐久性提供了完善的解決方案，也使安森美半導(dǎo)體的開關(guān)電池充電器件贏得了更多主要客戶的青睞和采用。 總結(jié)： 智能手機及平板電腦等便攜設(shè)備越來越趨向采用更大容量的電池以配合大屏幕背光及多內(nèi)核處理器工作對電池電量的更高需求。與此同時，用戶需要快速的充電時間，且可能在充電時使用設(shè)備，還期望延長電池使用壽命及支持USB OTG附件等。安森美半導(dǎo)體的NCP185x系列大電流開關(guān)電池充電器幫助設(shè)計人員解決這些挑戰(zhàn)，不僅更快速高速地充電，還提供豐富保護特性，優(yōu)化用戶體驗，幫助設(shè)計人員開發(fā)出更具競爭力的便攜產(chǎn)品。 【返回】
編輯：admin 最后修改時間：2020-06-02
