动态电源路径管理(DPPM)电池充电器的原理及应用

由于锂离子电池在重量与容量两方面都具有较高的能量密度，因此广泛应用于便携式设备中。使用智能电话、PDA及MP3播放器等设备的用户希望在无需使用电池的情况下，通过输入电源为设备供电。这就需要一种被称为"电源路径管理"的电源架构以单独的路径分别为设备系统供电并对电池充电。

动态电源路径管理(DPPM)电池充电器

在最常用的电池充电和系统供电配置中，系统负载可直接连接到电池充电器的输出端。虽然这种架构不仅简便易用而且成本较低，但由于电池充电电流的无效控制可能会引起充电异常终止和安全定时器误报警。

bq2403x系列DPPM电池充电器具有电源共享功能，可在为系统供电的同时对电池进行充电。这就避免了充电终止和安全定时器等问题，从而尽可能降低了AC适配器的额定功率并提高了系统稳定性。这一功能还允许系统在为过度放电的电池充电的同时正常工作。

电源路径管理电池充电器的结构简图如图1所示。当AC适配器接通电源时，MOSFET Q1 对系统总线电压VOUT进行预稳压，该值高于最大电池稳压值VBAT。这就建立起了适配器输入端与系统之间的直接路径。MOSFET Q2专门用于电池充电，所以电池与系统互不干扰。当接通并选中USB时，MOSFET Q3 全部开启，Q3输出提供与USB输出几乎等量的输出电压，并由MOSFET Q2来控制电池充电。

 
图1 电源路径管理电池充电器的结构简图

DPPM可动态监控系统总线电压。如果由于适配器或USB的输入电流较小而引起系统总线电压降至预置值，则电池充电电流就会减少直至输出电压停止下降。只有DPPM控制尽可能处于稳态条件时，系统才能获得所需电流，并利用剩余电流对电池进行充电。正因如此，适配器是基于系统平均功率而设计的，而不是系统最大峰值功率。这使设计人员可以采用额定功率较小且成本更低的适配器。

典型DPPM应用电路如图2所示。当系统与电池充电器的电流总量超过AC适配器或USB的电流限制时，与系统总线相连的电容则开始放电，且系统总线电压也开始随之降低。当系统总线电压降至DPPM引脚设置的预定阈值时，充电电流降低，以防止因AC适配器过载而导致系统崩溃。如果充电电流降至0A时仍然无法维持系统总线电压，则电池将暂时放电，并向系统供电以防止系统崩溃。这就是"电池补充模式"，图3为该模式随同DPPM实验波形工作的情况。

 
图2 DPPM 电池充电器

DPPM电压阈值VDPPM由电阻器R3设置，且通常低于OUT引脚的稳压值，以保证系统安全工作。R3可由下式计算得出：

R1的作用是设置快速充电电流，其可由下式计算得出：

R2用于设置安全定时器值。通常要求锂离子电池的充电温度范围介于0℃～45℃之间。RT1和RT2经过编程，可用于其他温度范围。

电池充电器通过PSEL引脚可以选择AC或USB电源作为主电源，如果选择USB端口，则可通过ISET2选择最大电流。

图3 DPPM实验波形

该器件的三个功率MOSFET和一个电源控制器均集成在3.5x4.5毫米散热增强型QFN封装中。热调节环路可降低充电电流，以防止硅芯片温度超过125℃。无论是有源热调节电路还是有源DPPM引起充电电流的降低，安全定时器时间都将自动延长，以防止发生安全定时器误报警的意外情况。DPPM或热调节环路为有源时可禁用充电终止功能。这种办法可防止发生充电异常终止。

结论

当系统总线电压因输入电流不足而降至预设阈值时，DPPM会在继续为系统负载供电的同时降低电池充电电流。DPPM还完全消除了充电异常终止和安全定时器误报警等电池与系统相互干扰的问题。DPPM电池充电器非常适用于需要同时为电池充电和为系统供电的应用。