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解析充电IC中的功率管理策略:动态路径管理

发布时间:2018-02-01 责任编辑:wenwei

【导读】动态路径管理可以根据输入电源的能力和负载电流的水平动态地调节充电电流,从而在保证系统用电优先的情况下尽可能的缩短充电时间。另外,动态路径管理还可以保证当电池过度放电的状态下,输入电源插入后系统能够立即启动。
 
在可充电的移动设备中,充电IC是一个必不可少的元器件。基于电池和系统负载之间的连接方式的不同,系统负载可以由输入电源供电,也可以由电池供电,或者由两者同时供电。那么电池IC就必须具备功率管理功能,来实现系统负载功率来源的选择。
 
窄范围直流电压(Narrow Voltage DC, 简称NVDC)动态路径管理
 
NVDC动态路径管理是目前移动设备中普遍采用的功率管理策略之一。如图1所示,系统负载直接接在系统母线VSYS上,系统负载可以由电池通过Battery FET直接供电,或者由输入电源通过前端的DC/DC供电。
 
解析充电IC中的功率管理策略:动态路径管理
图1
 
当输入电源没有接入时,Battery FET被完全打开,电池直接给系统负载供电。当有输入电源时,系统母线的电压由DC/DC调节,同时系统母线通过Battery FET给电池充电。但是系统负载具有更高的用电优先级。充电IC会根据输入电源的能力和系统负载的需求优先给系统供电,剩余的功率用来给电池充电。
 
解析充电IC中的功率管理策略:动态路径管理
图2
 
在以上的充电过程中,当总的系统负载需求(包括电池充电需求)超过输入电源的能力时,系统母线电压会下跌,充电IC就会减少充电电流以保证总的负载功率不再继续增加,从而稳定系统电压不再下跌,维持系统负载的平稳运行。
 
如果在充电电流减少到零之后,输入电源仍然不能满足系统负载需求,那么系统母线电压将继续下降直到低于电池电压,此时电池将通过Battery FET给系统供电,称之为电池补充供电模式。此时输入电源和电池同时向系统提供功率。
 
解析充电IC中的功率管理策略:动态路径管理
图3
 
当有输入电源且电池过度放电时,充电IC将会把系统母线电压调节在一个系统负载允许接受的最小供电电压值。当系统电压低于特定阈值时,充电电流将减少。当电池反向放电时,充电IC根据电池电压控制Battery FET工作在饱和区,避免较大的冲击电流流进过度放电的电池,这种平滑的进入和退出电池补充供电模式,通常被称为Battery FET的理想二极管模式。
 
解析充电IC中的功率管理策略:动态路径管理
图4
 
在理想二极管模式,电池放电时Battery FET由于工作在饱和区在特性上类似于一个二极管。当有输入电源并且系统电压低于电池电压特定值(例如40mV)时,充电IC调节Battery FET的栅极将电池和系统电压之间的压差控制在特定值(例如20mV,等于一个理想二极管管压降)。当电池放电电流继续增大,Battery FET的栅极电压升高以减小Battery FET的阻抗,从而保证电池和系统之间压差维持在设计值,直到完全导通。相反地,如果放电电流减小,Battery FET的栅极电压降低以增大Battery FET的阻抗,从而调节电池与系统之间压差维持在设计值。
 
总结:
 
动态路径管理控制虽然复杂,不过具有很多优势:
 
首先,无论电池是否过放,插入输入电源后系统电压能够立即建立。
 
其次,能够灵活的调节充电电流使得系统的能量需求能够优先得到保证。
 
 
 
 
 
 
 
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