簡(jiǎn)介

輸入電壓動(dòng)態(tài)電源管理 (VINDPM) 是許多充電器中都會(huì)提供的一項(xiàng)安全功能，可保護(hù)弱輸入源。該功能通過限制電流消耗來防止輸入源電壓驟降至預(yù)定電壓閾值 (V_INDPM) 以下。這可防止過大的系統(tǒng)負(fù)載或充電電流造成輸入源崩潰，進(jìn)而導(dǎo)致其無法再用于充電。例如，如果充電器連接到 100mA USB 電源，但系統(tǒng)負(fù)載電流超過電源的 100mA 承載能力，則充電器的輸入電壓會(huì)迅速開始下降。通過防止輸入系統(tǒng)負(fù)載電壓降至 V_INDPM 以下，100mA 的充電電流仍可用于為系統(tǒng)負(fù)載供電。

許多具有可選固定電壓 V_INDPM 閾值的充電器均具備此功能。常見電壓選項(xiàng)為 4.7V、4.5V 和 4.2V，這些電壓均高于鋰離子電池的典型電池電壓調(diào)節(jié)值。電池跟蹤 VINDPM 引入了一個(gè) V_INDPM，該 V_INDPM 基于動(dòng)態(tài)電池電壓，而非固定電壓閾值。

更寬的輸入工作范圍

電源未知且輸入電壓范圍更寬的應(yīng)用通?？墒芤嬗?VINDPM 保護(hù)。該保護(hù)可確保器件的輸入電壓睡眠閾值不被超過，使充電可以正常進(jìn)行。4.2V 的固定 VINDPM 無法提供足夠的開銷，使電池?zé)o法充滿電；而 4.7V 的 VINDPM 則能夠限制可為系統(tǒng)充電的輸入源范圍。電池跟蹤 VINDPM 閾值可隨電池電壓降低，并在電池充電時(shí)升高，從而最大限度地?cái)U(kuò)展能夠正常進(jìn)行充電的工作范圍。

提高效率和熱性能

線性充電器效率 (P_OUT/P_IN) 主要由輸入電壓和輸出電壓之比 (V_OUT/V_IN) 決定。輸入和輸出之間損失的能量會(huì)以熱量的形式耗散，因此效率低下會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)溫度升高。由于輸出電壓范圍是由電池化學(xué)成分預(yù)先確定的，并且可能會(huì)隨電池充電和放電而變化。輸出電壓很大程度上超出了設(shè)計(jì)人員的控制范圍。因此，設(shè)計(jì)人員選擇通過盡可能減小輸入和輸出電壓之間的電壓差來更大限度地減少能量損耗和熱耗散。

一些設(shè)計(jì)人員選擇將 V_INDPM 置于器件能夠?yàn)殡姵爻錆M電的最低電壓。當(dāng) V_IN 到 V_BAT 的壓降更大時(shí)，這會(huì)導(dǎo)致效率變差并在更低的電池電壓下產(chǎn)生更多的熱耗散。一些設(shè)計(jì)人員通過禁用 VINDPM 功能并使用可編程電源手動(dòng)調(diào)整輸入源來解決該問題。該過程會(huì)非常復(fù)雜，并增加工程設(shè)計(jì)時(shí)間和主機(jī)控制器處理方面的工作量。電池跟蹤 VINDPM 有利于結(jié)合 VINDPM 功能的簡(jiǎn)單性和動(dòng)態(tài)輸入電壓的效率。

如果選擇的充電電流高于輸入額定電流，輸入電壓將完全由 VINDPM 環(huán)路進(jìn)行調(diào)節(jié)。充電器會(huì)嘗試?yán)霰入娫此芴峁╇娏鞲嗟碾娏鳎@只能讓輸入電壓驟降至 VINDPM 閾值。在固定輸入電壓閾值下，上升的電池電壓可以升高到電壓差不足以啟用穩(wěn)壓器的程度。通過使用電池跟蹤 VINDPM，隨著電池電壓升高，VINDPM 電壓也會(huì)升高，進(jìn)而導(dǎo)致輸入電壓升高。最終，這會(huì)創(chuàng)建一個(gè)系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，輸入電壓始終比電池電壓高一個(gè)固定電壓，而這只需主機(jī)控制器或電源提供少量控制即可。例如，對(duì)于 BQ25188，此系統(tǒng)會(huì)導(dǎo)致 V_IN 最多比 V_BAT 高 330mV。

太陽能和高阻抗電源

光伏電池等高阻抗電源的特點(diǎn)是具有較高的開路電壓，該電壓會(huì)在負(fù)載下快速下降。這些類型的電源需要復(fù)雜的輸入電壓調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)。VINDPM 恰好可用于該用途。為了最大限度地提高功率，這些電源通常使用最大功率點(diǎn)跟蹤 (MPPT) 功能來調(diào)節(jié)至最大功率點(diǎn) (MPP)。該功能可平衡輸入電壓和電流，以便持續(xù)提供最大功率。對(duì)于電池充電來說，并非總是需要達(dá)到最大功率，尤其是在使用線性充電器時(shí)。

電池充電速率是流入電池的電流的函數(shù)；盡可能提升電流可以最大限度地縮短電池充電時(shí)間。因此，MPPT 和盡可能放大功率并不是最佳選擇。通過單獨(dú)優(yōu)先確保電流，同時(shí)保持足夠的輸入電壓，BATTRACK VINDPM 可在使用高阻抗電源的情況下盡可能提高充電速率。對(duì)于線性充電器來說，這是通過高阻抗電源進(jìn)行充電的理想方式，同時(shí)還能提高效率、降低熱耗散并縮短充電時(shí)間。

實(shí)現(xiàn)示例

針對(duì)固定電壓輸入電壓調(diào)節(jié)和電池跟蹤輸入電壓調(diào)節(jié)進(jìn)行以下比較，期間采用 BQ25185 充電器通過高阻抗輸入源為約 700mAh 的電池充電。高阻抗輸入源是模擬可用 PV 電池的太陽能電池模擬器。在這種情況下，使用開路電壓為 5.4V、短路電流為 135mA 的電池。

從所述特性中可以觀察到，最大功率點(diǎn)電壓約為 4.75V。在這種情況下，之前所述的電池將使用該輸入源進(jìn)行充電，配置的充電電流為 200mA（大于輸入源的短路電流），并使用 4.7V 的 VINDPM 以及 BATTRACK 以便進(jìn)行比較。充電結(jié)果如下：

可實(shí)現(xiàn)更高的充電電流，從而縮短充電周期和充電持續(xù)時(shí)間。此外，可以根據(jù)充電周期特性提高效率。以熱量形式耗散的能量更少，充電過程中的發(fā)熱問題得到進(jìn)一步緩解。