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解析充電IC中的功率管理策略:動態路徑管理

鉅大LARGE  |  點擊量:114次  |  2020年03月31日  

摘要
動態路徑管理可以根據輸入電源的能力和負載電流的水平動態地調節充電電流,從而在保證系統用電優先的情況下盡可能的縮短充電時間。另外,動態路徑管理還可以保證當電池過度放電的狀態下,輸入電源插入后系統能夠立即啟動。

動態路徑管理可以根據輸入電源的能力和負載電流的水平動態地調節充電電流,從而在保證系統用電優先的情況下盡可能的縮短充電時間。另外,動態路徑管理還可以保證當電池過度放電的狀態下,輸入電源插入后系統能夠立即啟動。


在可充電的移動設備中,充電IC是一個必不可少的元器件。基于電池和系統負載之間的連接方式的不同,系統負載可以由輸入電源供電,也可以由電池供電,或者由兩者同時供電。那么電池IC就必須具備功率管理功能,來實現系統負載功率來源的選擇。


窄范圍直流電壓(NarrowVoltageDC,簡稱NVDC)動態路徑管理


NVDC動態路徑管理是目前移動設備中普遍采用的功率管理策略之一。如圖1所示,系統負載直接接在系統母線VSYS上,系統負載可以由電池通過BatteryFET直接供電,或者由輸入電源通過前端的DC/DC供電。


圖1


當輸入電源沒有接入時,BatteryFET被完全打開,電池直接給系統負載供電。當有輸入電源時,系統母線的電壓由DC/DC調節,同時系統母線通過BatteryFET給電池充電。但是系統負載具有更高的用電優先級。充電IC會根據輸入電源的能力和系統負載的需求優先給系統供電,剩余的功率用來給電池充電。


圖2


在以上的充電過程中,當總的系統負載需求(包括電池充電需求)超過輸入電源的能力時,系統母線電壓會下跌,充電IC就會減少充電電流以保證總的負載功率不再繼續增加,從而穩定系統電壓不再下跌,維持系統負載的平穩運行。


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負載需求,那么系統母線電壓將繼續下降直到低于電池電壓,此時電池將通過BatteryFET給系統供電,稱之為電池補充供電模式。此時輸入電源和電池同時向系統提供功率。


圖3


當有輸入電源且電池過度放電時,充電IC將會把系統母線電壓調節在一個系統負載允許接受的最小供電電壓值。當系統電壓低于特定閾值時,充電電流將減少。當電池反向放電時,充電IC根據電池電壓控制BatteryFET工作在飽和區,避免較大的沖擊電流流進過度放電的電池,這種平滑的進入和退出電池補充供電模式,通常被稱為BatteryFET的理想二極管模式。


圖4


在理想二極管模式,電池放電時BatteryFET由于工作在飽和區在特性上類似于一個二極管。當有輸入電源并且系統電壓低于電池電壓特定值(例如40mV)時,充電IC調節BatteryFET的柵極將電池和系統電壓之間的壓差控制在特定值(例如20mV,等于一個理想二極管管壓降)。當電池放電電流繼續增大,BatteryFET的柵極電壓升高以減小BatteryFET的阻抗,從而保證電池和系統之間壓差維持在設計值,直到完全導通。相反地,如果放電電流減小,BatteryFET的柵極電壓降低以增大BatteryFET的阻抗,從而調節電池與系統之間壓差維持在設計值。


總結:


動態路徑管理控制雖然復雜,不過具有很多優勢:


首先,無論電池是否過放,插入輸入電源后系統電壓能夠立即建立。


其次,能夠靈活的調節充電電流使得系統的能量需求能夠優先得到保證。


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