动态电源管理，实现更快速、更高效的电池充电

提高系统性能设计考虑
如平板电脑和智能电话等便携式设备，均要求实现瞬时开机功能，从而提供良好的用户体验。这就意味着，不管电池是完全充电还是深度放电，插入适配器时系统都要瞬时开启。

例如，我们假设，系统使用一块单节锂离子电池，如图1和2所示。如果在没有MOSFET Q4的情况下，电池直接连接至系统，则系统总线电压（VBUS）与电池电压一样。电压小于3V的一块深度放电电池，可能会阻止系统开启。用户可能不得不等待电池充电至3.4V以后才能开启系统。为了支持瞬时开启功能，我们添加了MOSFET Q4，以便工作在线性模式下，实现对深度放电电池充电的同时维持最小系统工作电压。最小系统电压通过开关式转换器调节，而Q4的充电电流则通过一个线性控制环路来调节。一旦电池电压达到最小系统电压，MOSFET Q4便完全开启。它的充电电流通过同步降压转换器的占空比来调节。所以，系统电压始终维持在最小系统工作电压和最大电池电压之间，以为系统供电。

在一个5V的USB充电系统中，电源和电池之间的所有串行电阻都会影响充电效率。充电通路的电阻由FET Q1、Q2及Q4的"导通"电阻以及USB线缆约250 m?的电阻共同组成。如果线缆电压下降，充电器输入电压很少能达到4.5V。因此，设计一种FET"导通"电阻最低的充电器，可以最小化充电时间，这一点至关重要。图3比较了使用 TI bq24190 USB/适配器充电器设计和80 m?充电通路额外电阻替代设计的充电时间。我们可以看到，相比另一种设计，由于输入电压达到4.5V，bq24190设计的充电时间缩短了20%。

图3 充电通路中高"导通"电阻的影响

延迟电池使用时间
当然，电池容量越高，电池使用时间也就越长。对于一个单电池供电的系统而言，通常要求3.3V的输出电压，其典型最小系统电压为3.4V左右。如果MOSFET Q4的"导通"电阻为50 m?，并且电池放电电流为3A，则电池截止电压为3.55V。这就意味着，超过15%的电池容量并未得到利用。为了最大化电池使用时间，MOSFET Q4的"导通"电阻必须尽可能地小。例如，"导通"电阻为10 m?，并且峰值电池放电电流同样为3A，则电池截止电压为3.43V。相比50 m?的"导通"电阻，它所提供的电池电量多10%。

图4显示了一个使用集成MOSFET的高效、单电池I2C充电器举例。这种充电器同时支持USB和AC适配器输入，适用于平板电脑和便携式媒体设备。集成了所有4个功率MOSFET，同时MOSFET Q1和Q4用于检测输入电流和电池充电电流，从而进一步最小化系统的解决方案尺寸。这种充电器还可区分USB端口和适配器，以快速设置正确的输入电流限制。另外，充电器可以单独工作（即使在系统关闭的情况下），拥有内部默认充电电流、充电电压、安全计时器和输入电流限制。这种充电器还具有USB On-the-Go（OTG）功能，其工作在增压模式下，通过电池在USB输入端提供5V、1.3A输出。

图4 使用DPM的高效、4A I2C开关式充电器


散热性能
对于那些具有超薄外形的便携式设备而言，散热性能至关重要，因为用户可以很容易地感觉到来自印刷电路板的发热情况。这种热是由一些高功耗组件所产生，例如：电池充电器等。要想解决这个问题，使用高效的充电器和良好的电路板布局非常重要。为了进一步提高散热性能，bq2419x系列产品内部使用了一个热调节环路。它通过在器件达到预设结点温度时降低充电电流，来控制最大结点温度。图5显示了bq24190设计的测得电池充电效率。使用5V USB输入时，它的效率可高达94%。9V输入和4A充电电流时，温升仅32°C。

图5 不同充电电流下的测得电池充电效率


结论
本文表明，基于输入电流或者输入电压的DPM可用于为便携式设备供电，从而在对电池充电的同时实现系统瞬时开启。另外，它还表明，增加电池补充供电模式对于电源系统性能优化至关重要。我们还讨论了其它一些设计考虑，例如：如何使用低电量电池实现瞬时系统开启、电池使用时间、充电通路电阻以及散热性能等。