中心議題：

• 電源路徑管理提升開關充電器效率

解決方案：

• MP2607采用基於輸入電壓的DPPM技術
• 采用檢測電阻來評估輸入電流

隨著智能手機
、平(ping)板(ban)電(dian)腦(nao)和(he)攝(she)像(xiang)機(ji)等(deng)便(bian)攜(xie)設(she)備(bei)的(de)不(bu)斷(duan)普(pu)及(ji)，人(ren)們(men)對(dui)電(dian)源(yuan)的(de)要(yao)求(qiu)以(yi)及(ji)對(dui)邊(bian)充(chong)電(dian)邊(bian)使(shi)用(yong)這(zhe)些(xie)設(she)備(bei)的(de)能(neng)力(li)的(de)要(yao)求(qiu)與(yu)日(ri)俱(ju)增(zeng)。更(geng)高(gao)的(de)功(gong)率(lv)要(yao)求(qiu)增(zeng)加(jia)了(le)對(dui)具(ju)有(you)高(gao)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)和(he)優(you)異(yi)充(chong)電(dian)能(neng)力(li)的(de)電(dian)池(chi)的(de)需(xu)求(qiu)。目前

，鋰離子(Li-ion)電池和鋰聚合物(Li-po)電池最適合當前市場對功率密度、充電能力和價格的要求。但是，有別於鉛酸、鎳氫等其他流行的電池技術，鋰電池技術的性能也最不穩定：鋰電池充放電若管理不善
，將導致充電時間長、耗散功率高、效率低和電池壽命比平均壽命低等問題。圖1顯示了典型鋰離子電池的充電曲線。

傳chuan統tong充chong電dian器qi相xiang對dui簡jian單dan，這zhe些xie充chong電dian器qi在zai小xiao功gong率lv應ying用yong中zhong表biao現xian較jiao好hao。然ran而er，它ta們men卻que不bu能neng有you效xiao地di適shi應ying充chong電dian曲qu線xian的de變bian化hua，比bi如ru
，用yong戶hu在zai不bu同tong電dian源yuan之zhi間jian切qie換huan或huo者zhe在zai充chong電dian期qi間jian操cao作zuo設she備bei。另ling外wai
，傳chuan統tong充chong電dian器qi在zai大da功gong率lv和he大da電dian流liu應ying用yong中zhong，通tong常chang效xiao率lv較jiao低di
，耗hao散san功gong率lv較jiao大da。
 
新型線性和開關充電器，比如芯源係統(MPS)公司的MP2600係列，采用電源路徑管理技術改變了充電曲線，從而能夠以更低的耗散功率更加高效地為電池/係統供電。同時，這些充電器也使係統的安全性和電池的使用壽命得到提高。

電源管理拓撲種類繁多，本文則重點介紹以下三種：電池饋電
、自動選擇和動態電源路徑。

電池饋電拓撲

電池饋電拓撲是一種實現過程最簡單、成本最低的拓撲，這是因為其電路由充電器、電池和係統組成
，如圖2所示。


這種拓撲有三個主要特性：無論供電電壓如何變化，係統電壓始終等於電池電壓，電源係統始終優先
，以便IBATT ￡ ICHG，並且ICHG最終限製由輸入電源提供給係統電源總線的最大功率。當係統與充電器斷開時該拓撲還可以實現最小的耗散功率
，設置ICHG從根本上限定了總輸入電流，這樣
，隨著係統電流(ISYS)的增加，充電電流(IBATT)將等額下降，工作波形如圖2所示。

遺憾的是

，這種拓撲有如下不足之處，從而限製了它在更廣應用領域的效率和效用：

zaidianchidianyataidideqingkuangxia，xitongwufagongzuo。dianchidianyadiezhijuanliuchongdianmenxianyixiashi

，chongdianqijiangbazongdeshuchudianliuxianzhidehendi。xitongdeewaidianyuanxuqiujiangyoudianchilaibuchong，congerdaozhidianchinengliangjinyibuhaojin。youyuxitongdianyashizhongdengyudianchidianya，yidandianchidianyadidaoxitongzuidigongzuodianyayixia，xitongjiangtingzhigongzuo。

雖然電池已具有滿電量
，但是充電器無法進入EOC(結束充電)狀態。如果ISYS超過電池滿電量門限(IBF)，那麼ICHG就無法降到低於IBF，充電狀態始終顯示正在充電
，即使電池已經具有滿電量。
[page]
電dian池chi無wu法fa充chong滿man。由you於yu係xi統tong優you先xian於yu電dian池chi供gong電dian
，因yin此ci電dian池chi隻zhi能neng以yi低di電dian流liu進jin行xing充chong電dian。此ci外wai
，充chong電dian器qi隻zhi能neng在zai預yu期qi的de有you效xiao充chong電dian時shi間jian內nei工gong作zuo，這zhe樣yang可ke以yi避bi免mian給gei壞huai電dian池chi充chong電dian。如ru充chong電dian時shi間jian超chao出chu此ci時shi間jian段duan，會hui導dao致zhi充chong電dian器qi誤wu判pan壞huai電dian池chi而er停ting止zhi充chong電dian。

電源路徑自動選擇拓撲

電源路徑自動選擇拓撲在電池直接搭載拓撲基礎上外加了兩個開關管，使得係統電源可以根據輸入電壓的變化在適配器和電池之間來回切換。拓撲結構及工作波形如圖3所示。

與(yu)電(dian)池(chi)饋(kui)電(dian)拓(tuo)撲(pu)結(jie)構(gou)相(xiang)比(bi)
，此(ci)拓(tuo)撲(pu)有(you)實(shi)質(zhi)性(xing)的(de)改(gai)進(jin)。它(ta)將(jiang)係(xi)統(tong)直(zhi)接(jie)跟(gen)交(jiao)流(liu)適(shi)配(pei)器(qi)相(xiang)連(lian)，與(yu)充(chong)電(dian)器(qi)獨(du)立(li)開(kai)來(lai)
，因(yin)而(er)能(neng)夠(gou)提(ti)供(gong)更(geng)大(da)的(de)係(xi)統(tong)電(dian)流(liu)

、更(geng)高(gao)的(de)效(xiao)率(lv)並(bing)且(qie)允(yun)許(xu)係(xi)統(tong)在(zai)低(di)電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)下(xia)工(gong)作(zuo)。此(ci)外(wai)，其(qi)價(jia)格(ge)也(ye)比(bi)較(jiao)低(di)廉(lian)。然(ran)而(er)
，當(dang)適(shi)配(pei)器(qi)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)變(bian)化(hua)較(jiao)大(da)的(de)時(shi)候(hou)，係(xi)統(tong)電(dian)壓(ya)也(ye)會(hui)隨(sui)之(zhi)變(bian)化(hua)
，所(suo)以(yi)此(ci)拓(tuo)撲(pu)要(yao)求(qiu)係(xi)統(tong)能(neng)夠(gou)接(jie)受(shou)比(bi)較(jiao)寬(kuan)的(de)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)變(bian)化(hua)範(fan)圍(wei)。此(ci)外(wai)，也(ye)要(yao)求(qiu)適(shi)配(pei)器(qi)具(ju)有(you)更(geng)高(gao)的(de)額(e)定(ding)功(gong)率(lv)，以(yi)滿(man)足(zu)係(xi)統(tong)和(he)充(chong)電(dian)器(qi)的(de)最(zui)大(da)總(zong)功(gong)率(lv)需(xu)求(qiu)，以(yi)及(ji)係(xi)統(tong)負(fu)載(zai)突(tu)變(bian)時(shi)的(de)功(gong)率(lv)變(bian)化(hua)要(yao)求(qiu)。

圖4是采用MPS公司的MP2611構成的電源路徑自動選擇拓撲的原理圖。為了防止出現不穩定情況，當VBATT接近VIN時，MP2611會斷開係統與電池的連接。此外，它還會在S1 (M1及M2)與S2(M3)之間插入一個消隱期
，以防出現電流貫通
，從而損壞係統和電池。

動態電源路徑管理拓撲(DPPM)

動態電源路徑管理(DPPM)技ji術shu采cai用yong了le一yi套tao附fu加jia的de檢jian測ce模mo塊kuai
，測ce量liang係xi統tong電dian壓ya或huo者zhe輸shu入ru電dian流liu
，實shi時shi監jian測ce總zong功gong率lv需xu求qiu。一yi旦dan功gong率lv需xu求qiu超chao過guo預yu設she值zhi，通tong過guo充chong電dian器qi降jiang低di充chong電dian電dian流liu來lai保bao證zheng適shi配pei器qi輸shu出chu功gong率lv恒heng定ding而er不bu過guo載zai。

例如
，基於輸入電壓的DPPM(圖5)通tong過guo比bi較jiao輸shu入ru電dian壓ya與yu預yu設she參can考kao電dian壓ya來lai判pan斷duan輸shu入ru電dian流liu是shi否fou達da到dao適shi配pei器qi的de輸shu出chu電dian流liu限xian製zhi。若ruo適shi配pei器qi電dian流liu已yi經jing達da到dao該gai限xian製zhi，適shi配pei器qi電dian壓ya將jiang降jiang至zhi預yu設she參can考kao電dian壓ya，然ran後hou充chong電dian器qi通tong過guo動dong態tai降jiang低di充chong電dian電dian流liu來lai防fang止zhi係xi統tong電dian壓ya繼ji續xu下xia降jiang。隻zhi要yao輸shu入ru電dian流liu保bao持chi在zai該gai限xian製zhi的de水shui平ping或huo者zhe低di於yu該gai限xian製zhi，就jiu仍reng然ran有you電dian流liu向xiang電dian池chi充chong電dian。然ran而er
，由you係xi統tong電dian壓ya下xia降jiang引yin起qi的de不bu穩wen定ding或huo噪zao聲sheng使shi得de這zhe種zhong基ji於yu電dian壓ya的deDPPM結構不適合應用在某些對噪聲敏感的場合，比如音頻設備。

[page]

基於輸入電流的DPPM(圖6)采cai用yong檢jian測ce電dian阻zu來lai評ping估gu輸shu入ru電dian流liu
，當dang輸shu入ru電dian流liu達da到dao預yu設she電dian流liu門men限xian時shi，通tong過guo動dong態tai降jiang低di電dian池chi電dian流liu來lai防fang止zhi適shi配pei器qi過guo載zai或huo係xi統tong電dian壓ya下xia降jiang。這zhe樣yang就jiu保bao證zheng了le係xi統tong電dian壓ya的de穩wen定ding
，降jiang低di了le適shi配pei器qi的de額e外wai功gong率lv要yao求qiu。同tong時shi，該gai拓tuo撲pu還hai具ju備bei電dian池chi反fan向xiang補bu充chong供gong電dian的de能neng力li。

有些充電器(例如MPS公司的MP2607)可以根據不同電源要求，優化選擇不同的動態電源路徑管理方案。MP2607根據不同的適配器類型，在基於輸入電壓和基於輸入電流的DPPM兩種拓撲之間進行智能選擇。若輸入是交流適配器
，MP2607采用基於輸入電壓的DPPM技術，控製適配器交流電壓，使得交流適配器可以同時為係統供電和為電池充電
，工作波形如圖7所示。

 

在USB輸入模式下
，MP2607采用基於輸入電流的DPPM。如圖8所示，考慮到USB提供電流能力有限，設置充電電流在USB限製電流以下。若係統負載電流大於USB限流值，電池將反向補充供電。

 
總之，具有動態電源路徑管理的充電器(尤其是那些能在不同管理模式之間切換的充電器)可以為移動電子設備提供更加精妙的電源解決方案，從而給用戶帶來前所未有的便利
、性能和效率。