USB供电的充电电路图及原理介绍

8V)。欠/过压监控器使AC适配器电压只在4V和6.25V之间。

MOSEFT Q3在不存在有效外部电源时导通，使电池连接到负载。当USB或DC电源连接时，PON(电源开关)输出立即断开Q3，使电池与负载断开。系统在加外部电源时能立即工作，既使电池深度放电或损坏也能立即工作。

当连接USB时，USB器件与主机通信决定负载电流是否可以增加。若主机允许，负载开始在一个单元负载并增加到5个单元负载。５到1个单元负载的电流范围对于一般充电器(不是设计用于USB)来说存在一个问题。一般充电器的精度，尽管可满足高电流要求，但通常在低电流设置方面不能满足要求，这是由于电流检测电路的偏差造成的。其结果是小范围充电电流(1个单元负载)必须设置得足够低，以保证不会超过100mA限制。例如，对于500mA的10%精度而言，输出必须设置为450mA，以保证它不会超过500mA。这仅仅是可接受的；然而，为了保证低充电电流不超过100mA ,其额定电流必须设置为50mA，而最小值可能是0mA,这显然是不可接受的。若USB充电在两个范围都有效，则需要有足够的精度，使得最大可能的充电电流不超过USB限值。

在某些设计中，系统电源要求用小于500mA USB预算分别供电负载和充电电池是做不到的，但用AC适配器就不成问题。图5所示电路(图4的简化子系统)是一个经济的连接方法。USB电源不直接接到负载。充电和系统工作仍然发生在USB电源，但系统保持与电池的连接，其限制和图3一样：在连接USB时，若电池深度放电，则系统可以在工作前有一段延迟。若连接DC电源，则图5工作状态与图4相同，无等待时间，与电池状态无关，这是因为Q2截止，通过D1系统负载从电池转到DC输入。

镍氢电池充电电路

尽管锂离子电池能为大多数便携装置提供最好的性能，但NiMH(镍氢)电池仍然是低成本设计的可行选择。在负载要求不是太严格时，保持低成本的一个好方法是用NiMH电池。这需要一个DC-DC变换器升压，一般从1.3V电池电压提升到器件可用的电压(一般为3.3V)。由于任何电池供电器件需要稳压器，所以，DC-DC变换器仅仅是一个不同的稳压器。

图6所示电路，用独特的方法为NiMH电池充电，并且不用外部FET在USB输入和电池之间切换系统负载。“充电器”实际上是一个工作在电流限制下的DC-DC升压变换器(U1)。以300和400 mA之间的电流为电池充电。尽管没有精密的电流源，但它具有适当的电流控制，甚至在电池短路时也能够保持电流控制。DC-DC充电拓扑相对于一般线性方案的最大优势是能有效地利用有限的USB电源资源。在以400mA电流NiMH电池充电时，电路从USB输入仅汲取150mA。而充电时剩余350mA用于系统。

二极管D1实现从电池到USB的负载拉出。不连接USB时，升压变换器产生3.3V输出。连接USB时，D1上拉DC-DC升压变换器(U2)输出到4.7V左右。当U2输出上拉时，它自动关闭而从电池汲取的电流小于1mA。在USB连接时，若对于输出从3.3V变换到4.7V不能接受,则可以加入一个与D1串联的线性稳压器。

此电路的限制是依靠系统来控制充电结束。U1仅仅做为一个电流源，若长期不管它，它将会过充电电池。R1和R2置U1的最大输出电压为2V，做为安全限值。“Charge Enable”(“充电使能”)输入起到系统结束充电作用以及枚举前降低USB负载电流的作用，这是由于充电器的150mA输入电流大于一个负载。■

图4 SOT-23功率MOSFET可增加有用的性能(如过压保护和加外电源时断开电池)。当电池充电无负载时，有效电源直接驱动系统。

图5 简单的设计使USB电源不直接接到负载，而是由DC输入到负载。当USB连接时，系统仍然由电池供电，而电池也正在充电。

图6 简单的NiMH充电/电源配置自动传送电源到USB，而设有复杂的MOSFET开关阵列。