解析充電IC中的功率管理策略:動(dòng)態(tài)路徑管理
發(fā)布時(shí)間:2018-02-01 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】動(dòng)態(tài)路徑管理可以根據(jù)輸入電源的能力和負(fù)載電流的水平動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)充電電流,從而在保證系統(tǒng)用電優(yōu)先的情況下盡可能的縮短充電時(shí)間。另外,動(dòng)態(tài)路徑管理還可以保證當(dāng)電池過(guò)度放電的狀態(tài)下,輸入電源插入后系統(tǒng)能夠立即啟動(dòng)。
在可充電的移動(dòng)設(shè)備中,充電IC是一個(gè)必不可少的元器件。基于電池和系統(tǒng)負(fù)載之間的連接方式的不同,系統(tǒng)負(fù)載可以由輸入電源供電,也可以由電池供電,或者由兩者同時(shí)供電。那么電池IC就必須具備功率管理功能,來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)負(fù)載功率來(lái)源的選擇。
窄范圍直流電壓(Narrow Voltage DC, 簡(jiǎn)稱(chēng)NVDC)動(dòng)態(tài)路徑管理
NVDC動(dòng)態(tài)路徑管理是目前移動(dòng)設(shè)備中普遍采用的功率管理策略之一。如圖1所示,系統(tǒng)負(fù)載直接接在系統(tǒng)母線VSYS上,系統(tǒng)負(fù)載可以由電池通過(guò)Battery FET直接供電,或者由輸入電源通過(guò)前端的DC/DC供電。
圖1
當(dāng)輸入電源沒(méi)有接入時(shí),Battery FET被完全打開(kāi),電池直接給系統(tǒng)負(fù)載供電。當(dāng)有輸入電源時(shí),系統(tǒng)母線的電壓由DC/DC調(diào)節(jié),同時(shí)系統(tǒng)母線通過(guò)Battery FET給電池充電。但是系統(tǒng)負(fù)載具有更高的用電優(yōu)先級(jí)。充電IC會(huì)根據(jù)輸入電源的能力和系統(tǒng)負(fù)載的需求優(yōu)先給系統(tǒng)供電,剩余的功率用來(lái)給電池充電。
圖2
在以上的充電過(guò)程中,當(dāng)總的系統(tǒng)負(fù)載需求(包括電池充電需求)超過(guò)輸入電源的能力時(shí),系統(tǒng)母線電壓會(huì)下跌,充電IC就會(huì)減少充電電流以保證總的負(fù)載功率不再繼續(xù)增加,從而穩(wěn)定系統(tǒng)電壓不再下跌,維持系統(tǒng)負(fù)載的平穩(wěn)運(yùn)行。
如果在充電電流減少到零之后,輸入電源仍然不能滿足系統(tǒng)負(fù)載需求,那么系統(tǒng)母線電壓將繼續(xù)下降直到低于電池電壓,此時(shí)電池將通過(guò)Battery FET給系統(tǒng)供電,稱(chēng)之為電池補(bǔ)充供電模式。此時(shí)輸入電源和電池同時(shí)向系統(tǒng)提供功率。
圖3
當(dāng)有輸入電源且電池過(guò)度放電時(shí),充電IC將會(huì)把系統(tǒng)母線電壓調(diào)節(jié)在一個(gè)系統(tǒng)負(fù)載允許接受的最小供電電壓值。當(dāng)系統(tǒng)電壓低于特定閾值時(shí),充電電流將減少。當(dāng)電池反向放電時(shí),充電IC根據(jù)電池電壓控制Battery FET工作在飽和區(qū),避免較大的沖擊電流流進(jìn)過(guò)度放電的電池,這種平滑的進(jìn)入和退出電池補(bǔ)充供電模式,通常被稱(chēng)為Battery FET的理想二極管模式。
圖4
在理想二極管模式,電池放電時(shí)Battery FET由于工作在飽和區(qū)在特性上類(lèi)似于一個(gè)二極管。當(dāng)有輸入電源并且系統(tǒng)電壓低于電池電壓特定值(例如40mV)時(shí),充電IC調(diào)節(jié)Battery FET的柵極將電池和系統(tǒng)電壓之間的壓差控制在特定值(例如20mV,等于一個(gè)理想二極管管壓降)。當(dāng)電池放電電流繼續(xù)增大,Battery FET的柵極電壓升高以減小Battery FET的阻抗,從而保證電池和系統(tǒng)之間壓差維持在設(shè)計(jì)值,直到完全導(dǎo)通。相反地,如果放電電流減小,Battery FET的柵極電壓降低以增大Battery FET的阻抗,從而調(diào)節(jié)電池與系統(tǒng)之間壓差維持在設(shè)計(jì)值。
總結(jié):
動(dòng)態(tài)路徑管理控制雖然復(fù)雜,不過(guò)具有很多優(yōu)勢(shì):
首先,無(wú)論電池是否過(guò)放,插入輸入電源后系統(tǒng)電壓能夠立即建立。
其次,能夠靈活的調(diào)節(jié)充電電流使得系統(tǒng)的能量需求能夠優(yōu)先得到保證。
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