降壓-升壓 IC 提供更快的充電、更長(zhǎng)的電池壽命

德州儀器 (TI) 的新型 BQ25790 和 BQ25792 降壓-升壓電池充電器集成電路解決方案可提供最大功率密度和高達(dá) 97% 的通用快速充電效率。這些 IC 支持低靜態(tài)電流，可靈活地??為 1 至 4 節(jié)串聯(lián)電池充電，并在整個(gè)輸入電壓范圍（3.6 V 至 24 V）內(nèi)為 USB Type-C、USB Type 提供高達(dá) 5A 的充電電流-C Power Delivery (USB PD) 和無線應(yīng)用。這些新解決方案將用于小型個(gè)人電子設(shè)備、便攜式醫(yī)療設(shè)備和樓宇自動(dòng)化應(yīng)用。

德州儀器 (TI) 電池管理解決方案產(chǎn)品線經(jīng)理 Samuel Wong 表示：“USB-Type-C/PD 適配器越來越受歡迎，并正在成為一種通用充電標(biāo)準(zhǔn)?！癇Q25790 和 BQ25792 的高功率密度性能可以幫助設(shè)計(jì)工程師利用 USB-PD 增加的輸入功率，并為不同（1S 到 4S）電池配置提供靈活性?！?/p>

快速充電

有限的電池壽命損害了智能手機(jī)用戶的自主性。無論最新的智能手機(jī)電池多么出色，它們的尺寸仍然有限。制造商試圖讓手機(jī)越來越節(jié)能，但這些手機(jī)一直被用于越來越耗電的應(yīng)用。結(jié)果是，如果只充電一次，您的電池通常無法使用到晚上。

快速充電允許您?使用一些技術(shù)技巧快速恢復(fù)設(shè)備的?電池壽命。用于快速充電的電池充電器也會(huì)作用于電壓值，從而顯著增加功率輸出。

充電標(biāo)準(zhǔn)是化學(xué)和物理的復(fù)雜組合，并且由于每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都有其局限性，因此不兼容本身可能是一個(gè)問題。智能手機(jī)電池在電流流過時(shí)充電。更高的電流和更高的電壓可以更快地為電池充電，但它們所能承受的容量是有限的。充電調(diào)節(jié)器 (IC) 通過調(diào)節(jié)進(jìn)出電池的總電流來防止危險(xiǎn)的電流浪涌。

USB PD 為各種應(yīng)用中的快速高效充電提供了一種有用的替代方案。USB PD 的輸出電壓范圍可針對(duì)不同電池配置的不同電池供電設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，以利用 USB PD 的 5-W 至 100-W (20-V/5-A) 功率譜。

TI 的降壓-升壓 IC

通用充電允許從汽車適配器或 USB PD 適配器充電，為各種設(shè)備帶來了新的靈活性和便利性，尤其是在醫(yī)療領(lǐng)域。雙向充電支持移動(dòng) (OTG) 充電。

為滿足消費(fèi)者的期望，設(shè)計(jì)人員正在尋找能夠延長(zhǎng)電池運(yùn)行時(shí)間并利用最大電池容量，同時(shí)有效充電并減少散熱以最大限度減少充電器 IC 內(nèi)功率損耗的解決方案。

新的 TI 集成降壓-升壓充電器 IC 系列（包括 BQ25790 和 BQ25792）使用 USB PD 輸入在 3.6-V 至 24-V 輸入電壓范圍內(nèi)為 1S-4S 電池充電時(shí)具有更大的靈活性。這些設(shè)備使用功耗極低的充電 IC 來延長(zhǎng)運(yùn)行期間的電池運(yùn)行時(shí)間，并在不使用應(yīng)用程序時(shí)盡可能節(jié)省電池電量。除了超低功耗外，充電器還配備了一個(gè)充電定時(shí)器，允許在正常充電周期以上進(jìn)行額外充電，從而為電池最大容量充電。

BQ25790 和 BQ25792 多節(jié)降壓-升壓充電器使用不到 1 μA 的靜態(tài)電流。結(jié)合 8 mΩ 的極低電池 FET 電阻器，工程師可以進(jìn)一步最大化需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的應(yīng)用的電池運(yùn)行時(shí)間（圖 1）。

圖 1：BQ25790 框圖（圖片：TI）

“便攜式電子設(shè)計(jì)中的靜態(tài)電流有兩個(gè)主要挑戰(zhàn)：第一種靜態(tài)電流是關(guān)斷模式，可在設(shè)備運(yùn)輸和儲(chǔ)存期間延長(zhǎng)保質(zhì)期，”Samuel Wong 說?！癇Q25790 和 BQ25792 提供低至 0.6 μA 的關(guān)斷模式。關(guān)斷模式不僅可以最大限度地減少 IC 電流消耗，還可以完全切斷系統(tǒng)與電池的連接，從而避免系統(tǒng)功耗。這使電池可以保持滿容量數(shù)月。第二種靜態(tài)電流是電池模式，在使用電池為系統(tǒng)供電時(shí)使用。為了提供較長(zhǎng)的電池運(yùn)行時(shí)間，這些升降壓電池充電器旨在最大限度地減少 IC 本身消耗的電流?！?/p>

新型升降壓充電器完全集成了以下組件：金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MOSFET)、電池 FET、電流感應(yīng)電路和雙輸入選擇器開關(guān)。組件數(shù)量的減少對(duì)于智能揚(yáng)聲器等應(yīng)用尤為重要，隨著市場(chǎng)采用率的提高，這些應(yīng)用的尺寸更小，價(jià)格也更低。

“在面積、成本和性能方面，組件集成總是需要權(quán)衡，”Wong 說?！癇Q25790 和 BQ25792 分別在 <10-mm 2 (WCSP) 或 16-mm 2 ?(QFN) 封裝內(nèi)集成了四個(gè)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器 MOSFET、一個(gè)電池 FET 和兩個(gè)電流檢測(cè)電阻器。這極大地將解決方案尺寸縮小了 50% 以上，從而使 PCB 占位面積中的功率密度增加了一倍。憑借我們的高效電源轉(zhuǎn)換器和創(chuàng)新封裝，充電器支持高達(dá) 155 mW/mm 2。小型集成解決方案不僅提高了功率密度，還以簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)和最小的 BOM 提供了更好的用戶體驗(yàn)?！?/p>

由于能夠從幾乎任何輸入源為電池充電并滿足 Type-C 和 PD USB 適配器的需求，升降壓充電器近年來變得越來越流行。USB Type-C 廣泛采用的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是通向通用適配器和相應(yīng)減少電子垃圾的現(xiàn)實(shí)途徑。高功率密度降壓-升壓充電器不僅應(yīng)集成通用功能充電模塊，還應(yīng)集成 DC/DC 轉(zhuǎn)換器等其他模塊，以簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。圖 2顯示了 USB PD 充電解決方案的系統(tǒng)框圖。

圖 2：USB PD 充電解決方案的框圖（圖片：? TI 的文章）

當(dāng)適配器不存在時(shí)，DC/DC 轉(zhuǎn)換器對(duì)電池放電以創(chuàng)建 VBUS 調(diào)節(jié)電壓并為外部設(shè)備供電。在沒有適配器的情況下，放電電源路徑中的背對(duì)背 MOSFET 將開啟，將輸出電壓 U3 切換到 VBUS 并保持 VBUS 電壓。這使 DC/DC 轉(zhuǎn)換器始終處于開啟狀態(tài)。作為輸入過壓和過流保護(hù)電路的一部分，充電器中還集成了外部背對(duì)背 MOSFET 的控制邏輯和驅(qū)動(dòng)電路。

圖 3：完全集成的升降壓充電（圖片：? TI 的文章）

圖 3所示的完全集成的升降壓充電器可以簡(jiǎn)化 USB PD 充電解決方案的系統(tǒng)范圍設(shè)計(jì)。作為輸入過壓和過流保護(hù)電路的一部分，外部背對(duì)背 MOSFET 的控制邏輯和驅(qū)動(dòng)電路也集成到充電器中。這些功能消除了框圖中支持輸入電源路徑管理和輸入電流檢測(cè)的單元。

圖 4：通過單個(gè)升降壓充電器實(shí)現(xiàn)的 USB Type-C FRS（圖片：? TI 的文章）

圖 5：從 VBUS 接收器到 VBUS 源的降壓-升壓充電器 FRS（圖片：? TI 的文章）

為了支持Type-C USB端口的快速角色交換（FRS），這款集成升降壓充電器實(shí)現(xiàn)了一種新的備份模式，可以監(jiān)控VBUS電壓；VBUS 電壓低于預(yù)設(shè)閾值表示移除了適配器。FRS 是 USB PD 3.0 的一項(xiàng)重要新功能，其中提供電源的設(shè)備可以快速改變其電源角色，成為能源消費(fèi)者，以保持一致的數(shù)據(jù)連接。FRS 有助于防止設(shè)備意外斷電時(shí)可能發(fā)生的任何數(shù)據(jù)丟失（圖 4和5）。

審核編輯 黃昊宇