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免藍(lán)牙pos機(jī)原理
降壓充電器IC降壓充電器IC適用于最小輸入電壓始終超過最大電池電壓 (VBATT)的應(yīng)用,例如單電池 5V USB。即使所需的最大充電功率超過 5V USB Type-C 提供的 15W(例如大多數(shù)智能手機(jī)),也仍然可以使用降壓充電器IC,只要它能夠處理 USB PD 支持的更高 VIN 工作電壓和功率。
FH5204是一款降壓充電器IC,它提供低阻抗電源路徑,可以提升充電效率、縮短電池充電時間并延長電池壽命。該器件支持 USB 電池充電規(guī)范 1.2 (BC1.2) 標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)適配器檢測。FH5204還提供參數(shù)配置,例如輸出電壓(VOUT)、開關(guān)頻率(fSW)、充電電流、輸入電流限制、安全定時器和芯片溫度調(diào)節(jié)等。
升壓充電器IC升壓充電器IC適用于 VIN 低于最大 VBATT 的應(yīng)用,如帶2 節(jié)電池的 5V USB。這種類型的充電器IC僅適用于功率要求小于或等于15W 的應(yīng)用,如需更高功率,則需要采用升降壓充電器IC。將升壓充電器IC用于功率需求較低的多節(jié)電池應(yīng)用,可以避免采用 USB PD 控制器等額外組件,從而節(jié)省成本。
FH5330是一款靈活的開關(guān)模式升壓充電器 IC,適用于多節(jié)串聯(lián)的鋰離子電池,非常適合便攜式應(yīng)用,例如銷售點(diǎn) (PoS) 系統(tǒng)、云臺和藍(lán)牙揚(yáng)聲器。這類充電器IC具有電池平衡功能,它可以監(jiān)測每個電池的電壓,并在超過失配閾值時均衡電壓。此外,F(xiàn)H5330具備兩種配置模式:獨(dú)立模式和主機(jī)控制模式。主機(jī)控制模式可以通過I2C接口配置充電參數(shù),而獨(dú)立模式則通過連接在CV 和 ISET 引腳上的電阻來調(diào)整特定參數(shù)。
升降壓充電器IC采用升降壓拓?fù)涞某潆娖鱅C允許 VBATT高于、低于或等于器件的 VIN,這意味著電池可以通過任何電源電壓持續(xù)充電,直至達(dá)到其目標(biāo)電壓。這樣,快充在更加廣泛的條件下成為可能,盡管它確實(shí)需要更大的充電器 IC 封裝尺寸。通常,如果接入輸入電源,升降壓充電器IC可以工作于三種工作模式:升壓模式、降壓模式和升降壓模式。升壓模式下的VIN 低于VBATT,降壓模式下的VIN 高于 VBATT,而升降壓模式下的VIN 與 VBATT幾乎相等。升降壓充電器IC能夠在整個 PD 電壓范圍內(nèi)提供高功率,同時還向后兼容 5V 傳統(tǒng) USB。這類充電器IC最常用于多節(jié)電池串聯(lián)的 USB PD 應(yīng)用,例如筆記本電腦、智能手機(jī)和移動電源。
USB ON-THE-GO (OTG) 或稱放電(Source)模式USB On-The-Go (OTG)也稱為 USB Type-C 放電模式,它并不是 USB 的新功能,但在引入 USB Type-C 連接器之前并不常見。USB OTG 允許來自便攜式電池供電設(shè)備的雙向供電,這使設(shè)備(例如移動電源)能夠?yàn)槠渌B接的其他設(shè)備或配件充電。之前,舊的micro-USB 規(guī)范需要采用特殊的電纜才能實(shí)現(xiàn)OTG功能,這增加了成本并降低了產(chǎn)品的互操作性(例如,支持 OTG 的電纜可能不能為其他設(shè)備充電)。USB Type-C 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布之后,USB OTG 成為一種廣受歡迎的功能,因?yàn)闊o需增加更多成本,使用相同的電纜和連接器即可實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)在,許多采用電感拓?fù)涞拈_關(guān)充電器 IC 都支持 USB OTG 操作。該功能在許多常用產(chǎn)品中隨處可見,例如筆記本電腦、智能手機(jī)和移動電源。
要支持 USB OTG,產(chǎn)品需要具備以下條件:
充電器 IC 必須支持雙向操作,并至少提供5V電壓 。充電器 IC 必須具有限流功能,以保護(hù)連接的電流接收設(shè)備不會吸收過多的電流。產(chǎn)品必須具備一個 USB CC 控制器,可以將其角色從電力消耗者改為電源提供者,它能夠檢測連接的接收設(shè)備,并在 CC 引腳上公布能夠提供的額定電流。安全性除了確定理想的電池充電器IC拓?fù)湟酝猓O(shè)計人員還必須考慮器件的安全特性,以及這些特性與整體解決方案的關(guān)系。常見的安全功能可監(jiān)測并提供以下保護(hù):
輸入、電池和系統(tǒng)欠壓和過壓保護(hù)輸入、電池和系統(tǒng)過流保護(hù)電池充電電流和電壓曲線IC 溫度和電池溫度(包括遵循 JEITA 標(biāo)準(zhǔn))充電/放電時間限制(通過充電安全定時器實(shí)現(xiàn))MCU 和充電器IC軟件(通過監(jiān)控器定時器實(shí)現(xiàn))要實(shí)現(xiàn)電池充電器 IC 的安全功能,通常需要規(guī)定工作范圍(例如電流和/或電壓),同時設(shè)置充電或器件操作的上下閾值。
例如,如果預(yù)期工作輸入電壓 VIN為 5V,則充電器 IC 可以設(shè)置 3V的輸入欠壓保護(hù) (UVP) 閾值和 6V的輸入過壓保護(hù) (OVP) 閾值。當(dāng)VIN超出這些閾值,IC 會禁用輸入電源。充電器 IC 還可以提供約 4.5V的可配置VIN調(diào)節(jié)環(huán)路,以防止從輸入電源中汲取過多的功率。在這種情況下,充電器 IC 只需從輸入中汲取所需的功率;當(dāng)VIN降至其閾值以下時,汲取的功率也降低。當(dāng)調(diào)節(jié)環(huán)路與欠壓鎖定 (UVLO) 和過壓鎖定 (OVLO) 保護(hù)相結(jié)合時,充電器 IC 能夠在器件接入電源并可用時,以安全的方式最大化輸入功率。
監(jiān)控器(WATCHDOG)定時器可配置充電器 IC 中,監(jiān)控器(俗稱看門狗)定時器的主要目的是在系統(tǒng)微控制器 (MCU) 死機(jī)或停止響應(yīng)的情況下,安全地處理實(shí)例。如果 MCU 開始工作不正?;蛲耆V惯\(yùn)行,寫入充電器 IC的值就可能不正確,這會影響充電期間的電池安全性。
一旦啟用,監(jiān)控器定時器就將運(yùn)行一段可配置的時長。當(dāng)充電器 IC 讀到來自 MCU 的 I2C 事務(wù),就像看門狗被主人撫摸了一下,監(jiān)控器定時器被復(fù)位。在正常操作期間,定時器會持續(xù)被“撫摸(pet)”,直至定時到期結(jié)束。如果允許在沒有讀到I2C事務(wù)時定時器到期,則監(jiān)控器定時器會觸發(fā)一次“吠叫(bark)”。 一旦發(fā)生“吠叫”,充電器IC會向 MCU 發(fā)送中斷,然后啟動二級定時器。如果在二級定時器到期之前仍然沒有 I2C 事務(wù),則觸發(fā)“咬(bite)”。在這種情況下,所有充電器 IC 的寄存器都被重置為其默認(rèn)值,并且為安全起見禁用充電。在一些帶NVDC 電源路徑管理的充電器IC設(shè)計中,監(jiān)控器定時器的“咬(bite)”可以強(qiáng)制切換電池 FET,以切斷充電器 IC 和 MCU 之間的電源,然后重啟 MCU。
電池溫度監(jiān)測和 JEITA標(biāo)準(zhǔn)充電器 IC 的一項關(guān)鍵安全要求是能夠在充電期間監(jiān)測電池的溫度,并在溫度超出指定范圍時控制充電電流和(或)電壓。在最簡單的實(shí)現(xiàn)中,充電器 IC 提供兩個比較器,其熱閾值和冷閾值與電池組內(nèi)的一個或多個負(fù)溫度系數(shù) (NTC) 電阻器上的比例電壓相關(guān)。當(dāng)電池組的溫度超過熱閾值或低于冷閾值時,充電將被禁用。
在更高級的實(shí)現(xiàn)中,充電器 IC 可以實(shí)現(xiàn)5個或更多基于JEITA電池標(biāo)準(zhǔn)的溫度窗口。JEITA(日本電子和信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會)審查并確認(rèn)用于技術(shù)報告的標(biāo)準(zhǔn),該組織的電池標(biāo)準(zhǔn)在整個行業(yè)中被廣泛使用。在許多設(shè)計實(shí)現(xiàn)中,充電器 IC 不僅應(yīng)支持每個溫度閾值可配置,還應(yīng)實(shí)現(xiàn)每個閾值的可配置響應(yīng),例如降低充電電流或最大電池充電電壓,或完全禁用充電。這種可配置性至關(guān)重要,因?yàn)榇蠖鄶?shù)電池組制造商僅為各種電池類型和溫度范圍指定了唯一的充電電流和電壓要求。
小結(jié)從單電池充電器IC 到具有 兩個 或 三個以上串聯(lián)電池的充電器 IC,F(xiàn)orDevices的電池充電器IC解決方案涵蓋了各種高性能 IC,它們將助力設(shè)計人員完善各種電池充電應(yīng)用。選擇電池充電器 IC 需要考量多種因素,例如充電曲線、充電器IC拓?fù)洌ɡ玳_關(guān)或線性充電器IC)、電源路徑管理結(jié)構(gòu)、電池配置和安全特性(例如監(jiān)控器定時器和 JEITA 溫度監(jiān)測)。了解這些參數(shù)如何影響系統(tǒng)和電池規(guī)格,就能夠做出最佳選擇。
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