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通过降压升压充电IC-更大程度地提高了功率密度

近年来,降压升压充电器越来越受欢迎,因为它可以从几乎任何输入源为电池充电,无论输入电压是高于还是低于电池电压。

USB Type-C的主要优点之一是它被认为是实现通用适配器并减少相应电子浪费的理想解决方案。虽然USB Type-C接口是统一的,但不同适配器的额定功率和电压仍然有很大的不同,包括传统的5 V USB适配器和可以提供5V至20V电压范围的USB PD适配器。此外,不同的便携式设备可能具有不同数量的串联电池。这就要求电池充电器集成电路芯片采用降压升压拓扑结构,以适应这些任意变化的输入电压和电池电压。具有高功率密度的降压升压充电IC不仅可以集成一般的充电功能模块,还可以集成USB PD充电系统的其他组件,如负载开关和DC/DC转换器,以简化系统设计,降低物料清单(BOM)成本,并保持小尺寸的整体解决方案。图1显示了USB PD充电解决方案的系统框图。

 

USB PD充电解决方案的系统框图

图1-USB PD充电解决方案的系统框图

 

为了支持移动USB OTG的充电规范,当适配器不存在时,通过DC/DC转换器对电池进行放电,并在VBUS中输出恒定电压,为外部设备供电。如果USB Type-C端口需要支持快速角色切换(FRS),则DC/DC转换器必须打开并始终处于待机模式,即使适配器已插入USB Type-C 端口也是如此。当适配器断开时,放电电源路径中的背对背MOSFET快速打开,将U3输出电压传输到VBUS并保持VBUS电压不下降。在此过程中,保持DC / DC转换器导通将给整个系统带来额外的静态电流损失。

图2所示的完全集成的降压升压充电IC简化了USB PD充电解决方案的系统级设计。首先,将输入电流检测电路集成到芯片中。通过电路检测到的输入电流,充电器提供输入电流调节和输入电流过流保护,避免适配器过载。其次,作为输入过压和过流保护电路的一部分,外部背靠背MOSFET的控制逻辑和驱动电路也集成到充电器中。这些功能使得从框图中消除支持输入电源路径管理和输入电流检测的单元成为可能。

通过实现四个FET的降压升压转换器的双向工作,充电IC可以支持OTG模式。当适配器插入USB端口时,充电IC在正向充电模式下工作,功率从VBUS流向电池。当适配器断开连接时,电源从电池流向VBUS。VBUS的OTG输出电压覆盖2.8V至22V的整个USB PD电压范围,具有10MV的可编程步长,并且与USB PD 3.0规范兼容。

 

全集成降压升压充电IC

图2-全集成降压升压充电IC

 

为了支持USB Type-C端口的FRS功能,集成的降压升压充电IC实现了新的待机模式。在本文中,待机模式是指降压升压充电IC从正向充电模式快速转换为反向OTG模式,以避免总线电压下降。查看图 3 中的应用程序框图。适配器连接到USB端口以向系统供电,并通过降压升压功率电平为电池充电。同时,适配器可以从充电器的PMID输出为系统附件供电。如果降压升压充电IC不支持待机模式,当适配器断开时,电池仍可以通过芯片内部的FET向系统供电。但是,PMID上的附件电源可能会出现故障。

启用待机模式后,充电IC可以监控VBUS电压。低于预设阈值的VBUS电压降可用作适配器已被移除的信号。一旦充电IC检测到适配器已被移除,它将快速从正向充电模式切换到反向OTG模式,利用电池放电能量来维持VBUS电压,并自行实现FRS。当适配器被移除时,系统本身的电源和系统附件可以从适配器无缝切换到电池,这可以从框图中消除用于OTG模式和FRS的DC / DC转换器。

图4显示了用作支持FRS的待机模式的充电IC的测试波形。一个9伏适配器连接到usb1作为输入电源。当插入适配器时,充电IC打开acfet1-rbfet1,将适配器连接到VBU。该波形的测试条件是,PMID处有1a电流向系统附件供电,bat处有1a充电电流。当去除9V适配器电压(VAC)时,充电IC快速从正向充电模式转变为反向OTG模式,并且仍然可以将PMID和VBU保持在5V,同时持续向1a PMID负载供电。

 

实现USB Type-C FRS与单个降压升压充电器

图3-实现USB Type-C FRS与单个降压升压充电器

 

从VBUS灌电流到VBUS源的降压升压充电器FRS
图4-从VBUS灌电流到VBUS源的降压升压充电器FRS

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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创建时间:2022-07-18 16:11