安全快速的便携式设备间充电(二)

锂离子电池技术对过充电、温度应力以及短路条件的敏感性，一直由额外提供的电池组(主要保护)内部电池保护电路来解决。在过去的一年里，锂电源设备的广泛应用，大大增加了导致意外电池故障发生的可能性，并由此引入一些新的更为广泛的关注。反过来，这又影响了额外的安全要求，主要是二级保护。很多新式特殊要求已经由硬件公司提出，其它的要求由服务供应商(如运营商)和IEEE等行业机构提出。举一个例子，IEEE1725安全标准，作为一项主要关注于手机的标准，于去年发布，并吸引了越来越多的公司来遵守该新标准。

收入过电压保护是应用中最为普遍的需求，来确保该便携式设备不会来自故障汽车或墙上适配器的损坏。当充电控制电路检测到输入电压明显高于某个预期值时，电路将停止充电并将消息通知给系统。电池组也需要在过电压条件下受到保护，通过集成保护芯片以及系统的二级监视器。在监视充电期间以及当电池组发生故障而需要中断充电过程时，一般会使用安全计时器。二级电流受限也会保护电池。此外，高容量电池组经常会集成负温度系数(NTC)的热敏电阻，从而系统可以监视过热和低温的电池条件。对于一些系统的成本成为关键因素的在给定的系统设计，在决定采用保护的等级时，现代电池充电解决方案已经集成了很多所学的功能来提供完整及二级保护。

图2：基于IEEE1725标准的分布式安全系统(来源：IEEE)。

实现设备间的充电

设备间的充电实现，正形成一股强筋势头。它是通过笔记本电脑USB端口作为电源，从而允许用户对其手持设备进行充电，而他们仅需要一条小型的USB到电话的连接电缆。该实现方法的便于普及以及简易性，已经帮助其成为很多行业标准的驱动力，包括USB实施者论坛(USB Implementer's Forum)的USB电池充电标准1.0版及中国信产部的电信标准。

图3：通过USB端口对便携式设备进行充电。

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使用笔记本电脑作为充电的电源，提供了一种高度的灵活性。但其主要缺点是，USB端口的电流容量有限，由此延长了充电的时间。USB2.0版兼容的USB端口需要在连接时，提供100mA电流。而经过配置后，可以达到500mA。但500mA在很多情况下是不够用的，尤其是系统边运行边充电时(这种情况下，用于充电的净电流远远低于500mA)，并且很多新型便携式设备都采用了高容量电池。上述问题的一个有效的电池充电解决方案是采用TurboCharge技术，从而使输出电流(充电电流和系统电流之和)高于使用USB端口提供的电流(输入电流)，尤其是电池深度放电时(如图4)

图4：使用USB500输入受限源和TurboCharge的1000mA-h电池的充电时间。

越来越多的应用采用了USB On-The-Go (OTG)标准，从而允许两个外围设备互相连接，而不需要主机。例如，我们可以直接将打印机与数码相机直接相连来直接打印照片(不需要通过PC)，或者将手机与便携式多媒体播放器直接连接来交换音乐或视频文件。OTG连接性要求了多个便携式设备中的一个作为主机来为外围设备提供OTG电源(5伏的VBUS以及一定的电流水平)。来自主机的供应电压可以由外围设备用于系统运行的电源或者充电电源。

如图5所显示，MP3播放器可以该电源作为其电池充电电路的输入，对其电池进行充电。这样的实现对消费者而言非常实用，因为他们经常需要随身携带手机和MP3播放器，但却无法随时带着笔记本电脑或随时都能为墙上适配器找到电源插座。他们只需保证作为主机设备的电池还没有耗尽，因此推荐当作为主机的手机的电池电量低于一定值时或者外围设备的电量较高时就暂停充电。

图5：通过OTG兼容便携式主机进行外围设备充电。

各种各样的便携式电子设备的广泛应用引入了两个新的目标：易用、安全。新产品需要提供真实的便携性，增加使用时间并减短充电时间。新系统和电池充电的实现，可以大大增加尤其是外出旅行时的充电便捷性，同时所用的标准最终可以帮助生产更安全的兼容性更好的产品。现代电池充电解决方案的高度集成，可以显著降低成本，并扩大了实现这样解决方案的空间，最终为市场带来功能丰富、安全、方便、小型化的便携式设备。

安全快速的便携式设备间充电(一)