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标题: 集成调整器和电源开关的双输入充电器简化系统设计 [打印本页]

作者: admin 时间: 2014-10-11 07:57
标题: 集成调整器和电源开关的双输入充电器简化系统设计
便携电子系统的特点是低成本、小尺寸、轻便。当设计一个充电系统且需要对板上系统供电时，采用电源管理IC MAX8671X可以方便地实现上述功能特点。MAX8671X管理充电时可以从USB管脚或外部AC/DC电源适配器获取电源，除了具有电池充电功能外，MAX8671X内部封装了5个独立的片上电源调整器，可以得到多个不同的电源输出，并且其USB和DC输入端具有过压保护开关。

此方案允许设计方在零售包装中省掉AC/DC电源适配器而将其在售后市场中提供，这样可以减小零售时的包装和重量，充分利用运输包装箱，减小运输成本。生产销售公司因此可以只提供USB电缆，消费者可以通过该电缆从电脑的USB口给产品充电。消费者也可以在电子消费零售市场购买AC/DC电源适配器或AC到USB适配器。

MAX8671X集成了多种功能使其满足多种应用需求。5个独立的电源调整器（3个2MHz降压型开关电源，效率高达96%；两个低静态电流线性电源）可以为多个子系统供电，可通过AC/DC适配器或USB电缆供电；集成电源开关的锂电池充电器管理电池充电和功率分配，并根据电压和电流曲线设定相应的电压和电流。

智能电源选择模块集成了一个MOSFET Q3，该开关可分别作为负载开关和充电开关使用。当没有外部电源可用或输入电流限制低于系统负载电流时，此时Q3作为负载开关，电池参与系统供电。当外部电源可用且没有过载，此时Q3作为充电开关。

集成减少混乱

为实现DC/USB输入端的过压保护、单节Li+电池充电以及在电池和外部供电电源之间切换负载，集成的电源开关必不可少。并且集成的开关和电源调整器避免使用外部MOSFET和电压检测器、电流检测电阻、比较器、定时器以及其它用于电源管理的分立器件。因此减少了器件数量和占用的PCB板面积，降低成本和系统重量。

高效的片上电压调整器可以减少功率损耗，可使电池寿命最大化，在重负载和轻负载时都可以提供高效率。这个特点对于某些子系统是有好处的，这些子系统在短时间内峰值负载电流可达几百毫安，大多时间内则远远小于此峰值电流，这样可以进一步延长电池寿命。

很多便携设备在使用过程中是在“睡眠”中度过的。因此，如果电压调整器在满负载时效率能达到90%以上而在空闲时低于60%，相比轻重负载情况下都能提供较高转换效率的电压调整器来说，则电池电量会更快地被消耗掉。MAX8671X可以以96%的高效率向系统负载提供425mA电流，当以1mA向负载供电时，效率可维持在85%以上。

MAXIM可以提供低压差电压调整器，使得其输入电源范围可以在1.7V ~ 5.5V之间。这给予系统设计人员较大的灵活性，可使LDO从某个片上开关电源供电，达到省电的目的。

内部充电器管理充电周期

MAX8671X有两个电源输入端口，可以接受DC USB口电源或AC/DC电源，内部逻辑框图如图1所示。由于内部集成了智能电源选择技术和状态控制逻辑模块，可以实现整个充电过的控制管理。这种特点使MAX8671X非常适用于像智能手机、PDA、便携式媒体播放器、GPS导航设备、数码相机以及数字视频摄像机等便携产品。

芯片被使能且DC或USB电源输入有效时，芯片将初始化一个充电周期，电压和电流曲线如图2所示。MAX8671X首先检测电池电压，如果电池电压低于预设门限3.0V，充电器会进入一预定模式，该模式下充电器将以最大充电电流的10%对过放的电池进行充电。当电池的电压超过3.0V后，充电器进入快速充电模式并以最大电流对电池充电。

随着充电持续进行，电池电压会不断上升；当电池电压快到最终电压（可由BVSET选择设定）时，充电电流开始下降；当电流下降到最大快冲电流的4%时，充电状态机将会进入top-off状态，此状态过后充电过程中止。如果电池电压随后又比预设最终电压低120mV时，所有的定时器被复位，充电状态机将重新开始。

对电池的充电速率决定于电池电压、USB/DC输入电流限制、充电设置电阻RCISET、系统负载（ISYS）、结温。MAX8671X具有自动减小充电电流以防止输入电源过载，同时具有过温时自动减少充电电流功能。

通过USB口供电

MAX8671X的USB管脚到系统输出通道具有最高500mA的限流功能。USB到SYS的开关是一个LDO，此LDO可防止SYS输出电压超过5.3V.USB管脚通常和USB接口的VBUS线连接，USB管脚的三个等级电流限流功能可分别通过PEN2、USUS数字控制输入。USB管脚的工作输入电压范围为4.1V~6.6V，最大输入电压为14V.

当USB管脚输入电压低于欠压门限（VUSBL，典型值4V）或高于过压门限（VUSBH，典型值6.9V）时，该管脚电压将被视为无效。如果USB管脚电压低于电池电压也被视为无效。在上述情况下，USB管脚电压会被断开隔离。为支持USB限流规范，设置PEN2和USUS可选择三种电流限流：低功耗USB模式下的100mA，高功耗模式下的500mA；或在USB挂起模式和无配置OTG模式下选择挂起模式将USB电流降低到0.11mA.

根据USB2.0规范，每个USB设备初始化时需配置为低功耗模式。在USB自举后，在USB host的控制下，USB设备可从低功率模式切换为高功率模式。MAX8671X并不执行自举动作，而是在系统之间通信后由USB主控通过PEN1、PEN2和USUS管脚发送命令给MAX8671X.当系统负载输入电流超过电流限制后，SYS管脚电压比电池电压低82mV，超过的电流需求由电池供给。

当结温超过+100℃后，每升高1℃，电流限制降低5%.ISYS供电优先级高于电池充电的优先级，所以电流限制降低时首先会降低充电的电流。如果在限流的情况下结温仍然会达到+120℃，则不再从USB口供电，而是全部由电池供电；此时SYS口电压会比BAT电压低82mV.需要说明的是，此片上温度限流电路和THM管脚输入是没有关系的，并且工作也是独立的。USB管脚不使用时可接地或悬空。当DC和USB都供电时，DC输入具有高优先级，即先从DC口供电。

MAX8671智能供电选择模块可以在两个外部供电输入、电池和系统负载实现无缝切换，如图3所示。

该切换时有如下操作。

1.当两个外部电源和电池都存在时，如果系统负载所需的电流低于输入电流的限制，剩余的输入功率用于电池充电；如果系统负载超过输入电流的限制，则由电池补充不足的电流。

2.如果仅有电池而无外部电源，则系统由电池供电。

3.如果仅有外部电源而无电池，则系统由外部电源供电。

在某些情况下，外部适配器或USB口没有足够的电流来满足系统的峰值电流需求。在此情况下，不足的电流也由电池供给。如果DC或USB供电管脚都没有电源时，SYS管脚端负载通过集成的MOSFET低导通电阻通道由电池供电。一旦检测到外部电源时，此开关自动变为电池充电开关。

系统负载超过输入电流限制时，SYS-BAT之间的开关会打开以便从电池补充不足的电流。如果系统负载持续过流，即使检测到外部电源也不会对电池进行充电。一般情况下这并不是所希望发生的，因为重负载通常可能是发生短路了。当外部电源和电池都存在时，仅在峰值电流出现的情况下使用电池供电，其它情况下电池都是处于充电状态。

温控限流电路会降低充电电流和外部供电电流以防止MAX8671X过热。DC输入端最大限流为1A，DC和USB输入端均支持100mA、500mA和USB挂起模式。充电电流可调整到1A以适应不同容量的电池充电。

充电时，MAX8671X通过SYS向系统供电并且通过五个片上的电源调整器提供多种输出电压。充电电流也可以从SYS管脚输入电池，所以输入电流限制控制了SYS管脚的总电流，该电流是系统负载电流和电池充电电流总和。SYS可以从DC输入管脚供电也可以从USB输入脚供电。当DC和USB管脚都连接电源时，DC管脚电源优先供电。MAX8671X可以由USB或AC适配器独立供电，也可以由单一输入供电。PEN1和PEN2逻辑输入可对两输入电源或单一输入电源进行限流操作。

三个开关电源（REG1，2，3）可分别提供425mA电流；高达2MHz的工作频率可使外部电感较小，使用外部电阻调制输出电压。两个LDO（REG4和REG5）可分别提供150mA供电电流。REG5主要用于系统USB收发器电路供电并且仅在USB输入电源有效时才有效。REG4在没有DC和USB电源输入的情况下可以从电池供电。

MAX8671X的TQFN封装占用空间小、散热能力强，非常适用于便携产品。该器件可用于扩展的温度范围（-40℃~+85℃），满足更多的工业应用。

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