隨著便攜式設備所處,現代便攜式設備相當普及，同時越來越A以及便攜式媒體播放器已開始使用鋰離子(Li-Ion)。此類可的高需求量促使眾多的第三方廠商不斷開發出諸如充電座及充電適配器等附件。此類充電適配器雖不昂貴，但其充電特性及保護功能往往與原OEM廠商生產的適配器有所差及可靠性。如果在級的設計過程中謹記以下特性，則可實施一個適用于所有的外部AC適配器的穩健系統：
1. 抑制瞬態電壓峰值的保護；
2. 非穩壓適配器的；
3. 散熱管理及故障保護產品系列的示例，展示了一系列以滿足上述要求為目的的線性充電器。

多(duo)種(zhong)多(duo)樣的AC適(shi)配器

    當今(jin)便攜(xie)式系(xi)統設(she)計方面的(de)(de)(de)(de)主要問題之一在于適(shi)應寬輸(shu)入(ru)范(fan)圍的(de)(de)(de)(de)需求，例如(ru)AC適(shi)配(pei)器(qi)、USB線纜(lan)或(huo)車載/空載的(de)(de)(de)(de)直(zhi)流輸(shu)出。將適(shi)配(pei)器(qi)以(yi)低廉的(de)(de)(de)(de)價(jia)格推向'>市場，取代了(le)昂貴的(de)(de)(de)(de)原(yuan)始(shi)設(she)備制造(zao)商(OEM)制造(zao)的(de)(de)(de)(de)適(shi)配(pei)器(qi)，從(cong)而(er)促進(jin)了(le)眾多廠商的(de)(de)(de)(de)發展，使(shi)可充電便攜(xie)式設(she)備取得了(le)很大(da)成功(gong)。此類最流行的(de)(de)(de)(de)電源，如(ru)AC適(shi)配(pei)器(qi)，通(tong)常可根據其特性劃分(fen)為兩(liang)種：穩壓適(shi)配(pei)器(qi)(原(yuan)廠配(pei)件)以(yi)及非穩壓適(shi)配(pei)器(qi)(普通(tong)的(de)(de)(de)(de)配(pei)件適(shi)配(pei)器(qi))。

    穩壓(ya)適(shi)(shi)配(pei)(pei)器的(de)(de)輸出(chu)電(dian)壓(ya)通過內部提供非(fei)常(chang)優良的(de)(de)線(xian)路及負載調節。而非(fei)穩壓(ya)適(shi)(shi)配(pei)(pei)器所提供的(de)(de)輸出(chu)電(dian)壓(ya)則取決于負載。線(xian)路負載調節能力(li)不(bu)強，適(shi)(shi)配(pei)(pei)器在(zai)過電(dian)流狀(zhuang)態下的(de)(de)行為也有(you)所差(cha)別。穩壓(ya)適(shi)(shi)配(pei)(pei)器在(zai)進(jin)入過電(dian)流區域時通常(chang)具有(you)更為陡(dou)峭的(de)(de)過渡區(transition region)。

輸入瞬變和過電壓狀(zhuang)態

    當(dang)今，靠上述適配器供電的便攜式設備(bei)在(zai)設計(ji)時必須整合(he)保護功(gong)能(neng)，將過(guo)(guo)(guo)電壓損壞(huai)終端(duan)設備(bei)的風險降到最小(xiao)。過(guo)(guo)(guo)電壓可為兩種(zhong)模(mo)式：直流過(guo)(guo)(guo)電壓以及瞬變過(guo)(guo)(guo)電壓。

    通常(chang)情況下，直(zhi)流過電壓(ya)源(yuan)于所(suo)插入的配件(jian)或非標準適(shi)配器(qi)上錯誤的輸(shu)出電壓(ya)。另一方面(mian)，將適(shi)配器(qi)熱插入終端設備時(shi)，就(jiu)會出現瞬變過電壓(ya)。瞬變過電壓(ya)可輕松地達到正常(chang)適(shi)配器(qi)輸(shu)出電壓(ya)的2倍，如(ru)圖1所(suo)示。

    如果設計合理，充電器既可用于將外(wai)部(bu)電(dian)(dian)(dian)源與(yu)電(dian)(dian)(dian)池和系統(tong)(tong)(tong)隔離(li)，如(ru)圖2所示。在該拓(tuo)撲結構中，電(dian)(dian)(dian)池組及(ji)系統(tong)(tong)(tong)的(de)正極終(zhong)端(duan)被(bei)連接(jie)至(zhi)充(chong)電(dian)(dian)(dian)器的(de)輸出。充(chong)電(dian)(dian)(dian)器功(gong)率級有效地將外(wai)部(bu)適配器與(yu)系統(tong)(tong)(tong)電(dian)(dian)(dian)源總線隔離(li)。

    拓撲結構以后就得到了一種穩健的設計，其充電器級整合了輸入過電壓(ya)保(bao)護(hu)(hu)(OVP)功(gong)能，以監測輸入電壓(ya)并在探(tan)測到直流過電壓(ya)時關(guan)閉充電器(qi)(qi)級。當充電器(qi)(qi)級關(guan)閉時，系(xi)統的(de)(de)電源總線與適(shi)(shi)配(pei)器(qi)(qi)的(de)(de)輸出完全隔離。對于5V的(de)(de)穩壓(ya)適(shi)(shi)配(pei)器(qi)(qi)而言，其輸入過電壓(ya)保(bao)護(hu)(hu)閾值(zhi)通常(chang)設定為6.5V。bq2406X系(xi)列提供(gong)了6.5V及10.5V的(de)(de)選擇(ze)以適(shi)(shi)用(yong)于穩壓(ya)和非穩壓(ya)適(shi)(shi)配(pei)器(qi)(qi)。

    為隔離并保護系統(tong)和(he)電池免受(shou)外部電源瞬變過(guo)電壓的(de)損害，可(ke)以使用(yong)具有約2倍于一般(ban)適配器額定電壓的(de)寬輸入電壓范圍(wei)的(de)充電器級。

    需要(yao)注意的是(shi)，在(zai)上述(shu)所(suo)討(tao)論的拓(tuo)撲結構中，若最小(xiao)的系(xi)統電(dian)(dian)(dian)流(liu)(例如待機模(mo)式下(xia))高(gao)于終(zhong)止(zhi)(zhi)電(dian)(dian)(dian)流(liu)閾值(zhi)，則可能(neng)(neng)會產生鎖死(si)情況(kuang)。如果(guo)系(xi)統電(dian)(dian)(dian)流(liu)高(gao)于終(zhong)止(zhi)(zhi)電(dian)(dian)(dian)流(liu)閾值(zhi)，那么(me)將無法對終(zhong)止(zhi)(zhi)電(dian)(dian)(dian)流(liu)進行檢測。安(an)全(quan)計時器(qi)將被激活，充電(dian)(dian)(dian)器(qi)級(ji)將在(zai)電(dian)(dian)(dian)池(chi)充至滿容量之前(qian)就(jiu)斷電(dian)(dian)(dian)。為(wei)解決可能(neng)(neng)發生的該問題，當設備處(chu)(chu)于高(gao)功(gong)率模(mo)式而(er)處(chu)(chu)于開啟模(mo)式時，bq2406X系(xi)列提供了一個關閉安(an)全(quan)計時器(qi)以及(ji)充電(dian)(dian)(dian)終(zhong)止(zhi)(zhi)功(gong)能(neng)(neng)的選項。

散熱管理與故障保護

    線(xian)性充電(dian)(dian)器中(zhong)至系統電(dian)(dian)源總線(xian)的(de)高(gao)輸入電(dian)(dian)壓(ya)差分(fen)可導致裸片溫度(du)上(shang)升，甚至會超過(guo)最高(gao)的(de)結點(dian)溫度(du)值(zhi)并引起熱損(sun)壞。為避(bi)免該問題發生，此(ci)類設計必須考慮(lv)使用包含了熱關斷及(ji)熱調節功能的(de)穩健的(de)散熱管理(li)解(jie)決方案。

    通常(chang)，所有集(ji)成充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)器(qi)IC都必須具有內(nei)部(bu)熱(re)(re)(re)(re)關(guan)斷功(gong)(gong)能(neng)(neng)，一旦IC的(de)(de)內(nei)部(bu)結(jie)點(dian)(dian)溫度(du)超過了最高結(jie)點(dian)(dian)溫度(du)值，熱(re)(re)(re)(re)關(guan)斷功(gong)(gong)能(neng)(neng)將被(bei)觸發，以(yi)(yi)確保(bao)運行(xing)過程(cheng)中(zhong)不會發生熱(re)(re)(re)(re)損(sun)壞(huai)。在典型(xing)的(de)(de)應用中(zhong)，當(dang)充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)流大約為1A而充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)器(qi)輸入電(dian)(dian)(dian)(dian)壓高于(yu)電(dian)(dian)(dian)(dian)池電(dian)(dian)(dian)(dian)壓2~3V時(shi)，熱(re)(re)(re)(re)關(guan)斷功(gong)(gong)能(neng)(neng)將被(bei)激(ji)(ji)活。在激(ji)(ji)活狀態下，熱(re)(re)(re)(re)關(guan)斷電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)將關(guan)閉充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)器(qi)功(gong)(gong)率(lv)(lv)級(ji)，以(yi)(yi)避免熱(re)(re)(re)(re)損(sun)壞(huai)。通常(chang)的(de)(de)熱(re)(re)(re)(re)關(guan)斷電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)都具有設(she)計上的(de)(de)滯后(hou)效應。當(dang)IC裸(luo)片溫度(du)降(jiang)低時(shi)，功(gong)(gong)率(lv)(lv)級(ji)才重(zhong)新開啟。裸(luo)片溫度(du)會一直升高，直到熱(re)(re)(re)(re)關(guan)斷電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)被(bei)再次激(ji)(ji)活。其散熱(re)(re)(re)(re)所維持(chi)時(shi)間可(ke)達數秒，維持(chi)時(shi)間取決于(yu)PCB的(de)(de)布局(ju)，該工作模(mo)式在以(yi)(yi)充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)狀態指示時(shi)一般(ban)被(bei)稱為“閃爍”(flashing)模(mo)式。

    為(wei)解決此類散熱問題，可(ke)添(tian)加(jia)一個(ge)散熱環路(lu)，以降低充(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)流并確保IC結點溫度低于(yu)熱關(guan)斷閾(yu)值。為(wei)bq2406X系(xi)列(lie)線性充(chong)電(dian)(dian)器(qi)添(tian)加(jia)了散熱環路(lu)的運(yun)行如圖2所示(shi)。散熱環路(lu)在激活狀態下可(ke)有效降低充(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)流，降低充(chong)電(dian)(dian)器(qi)級功(gong)率(lv)MOSFET的功(gong)耗。

    需要注意的(de)是，具有(you)散(san)熱環路的(de)線性充電(dian)器在輸入電(dian)壓過高的(de)情(qing)況(kuang)下，充電(dian)電(dian)流值可降至(zhi)(zhi)非常低。在此(ci)類情(qing)況(kuang)下，誤終止(zhi)(zhi)(false termination)可對充電(dian)電(dian)流是否降至(zhi)(zhi)低于終止(zhi)(zhi)閾(yu)值進行檢(jian)測。為避免此(ci)問題(ti)，bq2406X將(jiang)在散(san)熱環路激(ji)活時使終止(zhi)(zhi)功能(neng)關閉。

動態計時器控制

    充(chong)(chong)電(dian)(dian)安(an)(an)(an)全(quan)(quan)計(ji)數(shu)器(qi)用于(yu)檢測故障條件，如(ru)果充(chong)(chong)電(dian)(dian)周期時(shi)(shi)長(chang)超過正常(chang)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)下所期望的(de)總體時(shi)(shi)間，且(qie)充(chong)(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)流(liu)(liu)等于(yu)額定的(de)快速(su)充(chong)(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)流(liu)(liu)，則判(pan)斷出(chu)(chu)現故障。在(zai)散熱環路激(ji)活(huo)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)下，充(chong)(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)流(liu)(liu)降低。若是散熱環路在(zai)較長(chang)一(yi)段時(shi)(shi)間內(nei)被激(ji)活(huo)，那么故障安(an)(an)(an)全(quan)(quan)計(ji)數(shu)器(qi)的(de)故障狀(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)即可觀察得出(chu)(chu)。為避(bi)免錯誤狀(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)的(de)發生，bq2406X充(chong)(chong)電(dian)(dian)器(qi)IC激(ji)活(huo)了(le)動態(tai)(tai)計(ji)時(shi)(shi)器(qi)控制(zhi)(DTC)，這是一(yi)個(ge)內(nei)置(zhi)電(dian)(dian)路，其通(tong)過編程(cheng)調整(zheng)計(ji)時(shi)(shi)終止(zhi)輸(shu)出(chu)(chu)的(de)時(shi)(shi)間值來降低安(an)(an)(an)全(quan)(quan)計(ji)數(shu)器(qi)的(de)時(shi)(shi)鐘效率。DTC電(dian)(dian)路將在(zai)散熱環路被激(ji)活(huo)時(shi)(shi)同時(shi)(shi)開啟。

散(san)熱環(huan)路(lu)在輸入電壓瞬變(bian)情況下的運(yun)行。

    散熱調節功能以及(ji)DTC電(dian)路提供(gong)了穩健的(de)(de)散熱管理及(ji)故(gu)障(zhang)(zhang)保(bao)護方法，以保(bao)護充(chong)電(dian)器級和系統(tong)免遭瞬(shun)變(bian)或(huo)其他過(guo)電(dian)壓狀態所引起的(de)(de)散熱故(gu)障(zhang)(zhang)。

    此處所(suo)討論(lun)的(de)(de)便(bian)(bian)(bian)攜(xie)式設(she)(she)備(bei)在(zai)各廠商之間存在(zai)著激烈的(de)(de)競爭(zheng)，并且在(zai)不(bu)斷進(jin)行(xing)創新(xin)，差異化也在(zai)加(jia)強。隨著便(bian)(bian)(bian)攜(xie)式設(she)(she)備(bei)所(suo)安(an)置的(de)(de)使用環境(jing)越來(lai)越嚴苛(例如，在(zai)炎熱的(de)(de)夏日將電話放置在(zai)汽車(che)內充電，或是(shi)插入(ru)了廉價的(de)(de)配(pei)件或錯誤的(de)(de)適配(pei)器)，終端用戶(hu)將繼續面對(dui)在(zai)穩(wen)(wen)健(jian)性(xing)及(ji)(ji)穩(wen)(wen)定性(xing)方面便(bian)(bian)(bian)攜(xie)式設(she)(she)備(bei)所(suo)帶來(lai)的(de)(de)挑戰(zhan)。一類(lei)(lei)產品(pin)(pin)與其他產品(pin)(pin)的(de)(de)主(zhu)要區(qu)別體現(xian)(xian)在(zai)出(chu)現(xian)(xian)上述不(bu)希望出(chu)現(xian)(xian)的(de)(de)狀態時(shi)，設(she)(she)備(bei)的(de)(de)穩(wen)(wen)定性(xing)、可靠性(xing)以及(ji)(ji)穩(wen)(wen)健(jian)性(xing)的(de)(de)不(bu)同。bq2406X產品(pin)(pin)系(xi)列(lie)具有獨特的(de)(de)輸入(ru)過電壓保護、散熱調節以及(ji)(ji)DTC功能，造(zao)就了一款穩(wen)(wen)健(jian)的(de)(de)系(xi)統設(she)(she)計(ji)(ji)以解(jie)決這些問題。系(xi)統設(she)(she)計(ji)(ji)工程師的(de)(de)職責就在(zai)于將此類(lei)(lei)因素納入(ru)考慮，以確保其產品(pin)(pin)更智能、更穩(wen)(wen)健(jian)，以使其產品(pin)(pin)在(zai)眾多的(de)(de)產品(pin)(pin)中獨樹一幟，而不(bu)是(shi)“泯然眾人(ren)”。