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。

多種多樣的AC適配器

    當今便(bian)攜(xie)式系統設(she)(she)計方面的(de)主要問題(ti)之一(yi)在于適(shi)應寬(kuan)輸(shu)入范圍的(de)需求，例如(ru)AC適(shi)配(pei)器(qi)(qi)、USB線纜或車載/空載的(de)直流輸(shu)出。將適(shi)配(pei)器(qi)(qi)以低(di)廉(lian)的(de)價格推向'>市場，取代了昂貴的(de)原(yuan)始設(she)(she)備制(zhi)造商(shang)(OEM)制(zhi)造的(de)適(shi)配(pei)器(qi)(qi)，從而促進了眾多廠商(shang)的(de)發展，使可充電便(bian)攜(xie)式設(she)(she)備取得了很大成功。此(ci)類最流行(xing)的(de)電源，如(ru)AC適(shi)配(pei)器(qi)(qi)，通常可根據其特性劃分為兩種：穩壓適(shi)配(pei)器(qi)(qi)(原(yuan)廠配(pei)件(jian))以及非穩壓適(shi)配(pei)器(qi)(qi)(普通的(de)配(pei)件(jian)適(shi)配(pei)器(qi)(qi))。

    穩(wen)壓適配(pei)器(qi)的(de)(de)輸出電壓通過(guo)內部提供(gong)非常優良的(de)(de)線路及負載調節。而非穩(wen)壓適配(pei)器(qi)所提供(gong)的(de)(de)輸出電壓則取決(jue)于(yu)負載。線路負載調節能力不強(qiang)，適配(pei)器(qi)在過(guo)電流狀(zhuang)態下的(de)(de)行為也有所差別(bie)。穩(wen)壓適配(pei)器(qi)在進入(ru)過(guo)電流區(qu)域時通常具有更(geng)為陡峭(qiao)的(de)(de)過(guo)渡區(qu)(transition region)。

輸入瞬變和(he)過(guo)電壓狀態

    當今，靠上述適配器供電(dian)(dian)的便攜式(shi)設備(bei)在(zai)設計時(shi)必須整(zheng)合保護功能，將過(guo)(guo)電(dian)(dian)壓(ya)損(sun)壞終(zhong)端(duan)設備(bei)的風險(xian)降到最(zui)小。過(guo)(guo)電(dian)(dian)壓(ya)可為(wei)兩種(zhong)模(mo)式(shi)：直流過(guo)(guo)電(dian)(dian)壓(ya)以及瞬(shun)變過(guo)(guo)電(dian)(dian)壓(ya)。

    通常(chang)情況下，直流過(guo)(guo)電(dian)壓(ya)(ya)源于所(suo)插(cha)入(ru)的(de)配(pei)(pei)件或非標準適配(pei)(pei)器(qi)上錯誤的(de)輸出電(dian)壓(ya)(ya)。另一方面，將適配(pei)(pei)器(qi)熱(re)插(cha)入(ru)終(zhong)端(duan)設備(bei)時，就(jiu)會(hui)出現瞬變過(guo)(guo)電(dian)壓(ya)(ya)。瞬變過(guo)(guo)電(dian)壓(ya)(ya)可(ke)輕松(song)地達到正常(chang)適配(pei)(pei)器(qi)輸出電(dian)壓(ya)(ya)的(de)2倍，如圖1所(suo)示。

    如果設計合理，充電器既可(ke)用于將外部電(dian)源與電(dian)池和(he)系統(tong)(tong)隔離(li)，如圖2所(suo)示。在該拓撲結構中，電(dian)池組及系統(tong)(tong)的(de)正極終端被連接至充電(dian)器(qi)(qi)(qi)的(de)輸(shu)出。充電(dian)器(qi)(qi)(qi)功(gong)率級有效地將外部適配器(qi)(qi)(qi)與系統(tong)(tong)電(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(ji)整合了(le)輸入過電壓保護(OVP)功(gong)能，以監(jian)測(ce)輸入電壓并在探(tan)測(ce)到直流(liu)過電壓時關閉充電器(qi)級(ji)。當充電器(qi)級(ji)關閉時，系統的(de)電源(yuan)總線與適(shi)(shi)配器(qi)的(de)輸出完(wan)全隔離。對(dui)于(yu)5V的(de)穩(wen)壓適(shi)(shi)配器(qi)而言，其輸入過電壓保護閾值通常設定(ding)為6.5V。bq2406X系列提供了(le)6.5V及10.5V的(de)選擇以適(shi)(shi)用于(yu)穩(wen)壓和非穩(wen)壓適(shi)(shi)配器(qi)。

    為隔離(li)并保護系統(tong)和電(dian)(dian)池免受外部電(dian)(dian)源(yuan)瞬變過電(dian)(dian)壓(ya)的(de)損害，可以使用具有約2倍于一般適配器(qi)(qi)額(e)定(ding)電(dian)(dian)壓(ya)的(de)寬(kuan)輸入電(dian)(dian)壓(ya)范圍(wei)的(de)充電(dian)(dian)器(qi)(qi)級。

    需要(yao)注意的是，在上述所討論的拓撲(pu)結構中，若最小的系統電(dian)(dian)流(例(li)如待機模式(shi)下)高(gao)于(yu)終(zhong)止(zhi)電(dian)(dian)流閾值，則可(ke)能會產生(sheng)鎖死情(qing)況。如果(guo)系統電(dian)(dian)流高(gao)于(yu)終(zhong)止(zhi)電(dian)(dian)流閾值，那么(me)將無法對終(zhong)止(zhi)電(dian)(dian)流進(jin)行檢測。安(an)全(quan)計(ji)時(shi)器將被激活，充(chong)電(dian)(dian)器級將在電(dian)(dian)池充(chong)至滿容量之前就斷電(dian)(dian)。為解(jie)決可(ke)能發(fa)生(sheng)的該問題，當設備處于(yu)高(gao)功率模式(shi)而處于(yu)開(kai)啟模式(shi)時(shi)，bq2406X系列提供了一個關閉安(an)全(quan)計(ji)時(shi)器以及(ji)充(chong)電(dian)(dian)終(zhong)止(zhi)功能的選項。

散熱管理與故障保護

    線性(xing)充(chong)電器中至(zhi)系統(tong)電源總線的(de)高(gao)輸(shu)入電壓差分可導致(zhi)裸片(pian)溫(wen)度上升(sheng)，甚至(zhi)會超(chao)過(guo)最高(gao)的(de)結點溫(wen)度值并引起(qi)熱(re)(re)損壞(huai)。為避免該(gai)問(wen)題發生，此(ci)類設(she)計必須考(kao)慮使用包含了熱(re)(re)關(guan)斷及(ji)熱(re)(re)調節(jie)功能的(de)穩(wen)健的(de)散(san)熱(re)(re)管理解(jie)決方案。

    通(tong)常(chang)，所有集成充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)器(qi)IC都必須具(ju)有內部熱(re)(re)關(guan)(guan)斷(duan)(duan)功(gong)(gong)能，一(yi)旦IC的(de)(de)內部結點溫度(du)(du)超過了(le)最高結點溫度(du)(du)值(zhi)，熱(re)(re)關(guan)(guan)斷(duan)(duan)功(gong)(gong)能將(jiang)被觸發(fa)(fa)，以(yi)確保運行過程中不會發(fa)(fa)生熱(re)(re)損壞(huai)。在(zai)典(dian)型的(de)(de)應用中，當充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)流大約為1A而充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)器(qi)輸(shu)入電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)高于(yu)電(dian)(dian)(dian)(dian)池電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)2~3V時(shi)(shi)，熱(re)(re)關(guan)(guan)斷(duan)(duan)功(gong)(gong)能將(jiang)被激(ji)活(huo)。在(zai)激(ji)活(huo)狀態(tai)下(xia)，熱(re)(re)關(guan)(guan)斷(duan)(duan)電(dian)(dian)(dian)(dian)路將(jiang)關(guan)(guan)閉充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)器(qi)功(gong)(gong)率(lv)級，以(yi)避免(mian)熱(re)(re)損壞(huai)。通(tong)常(chang)的(de)(de)熱(re)(re)關(guan)(guan)斷(duan)(duan)電(dian)(dian)(dian)(dian)路都具(ju)有設計上的(de)(de)滯后效應。當IC裸片溫度(du)(du)降低時(shi)(shi)，功(gong)(gong)率(lv)級才重新開啟。裸片溫度(du)(du)會一(yi)直升高，直到熱(re)(re)關(guan)(guan)斷(duan)(duan)電(dian)(dian)(dian)(dian)路被再(zai)次激(ji)活(huo)。其散熱(re)(re)所維持時(shi)(shi)間可達數秒，維持時(shi)(shi)間取(qu)決于(yu)PCB的(de)(de)布局，該工作模式(shi)在(zai)以(yi)充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)狀態(tai)指示時(shi)(shi)一(yi)般被稱為“閃爍”(flashing)模式(shi)。

    為解決此類散(san)熱問題，可添(tian)加一個(ge)散(san)熱環路(lu)，以降(jiang)(jiang)(jiang)低充電電流并確保IC結點溫度(du)低于熱關斷閾(yu)值。為bq2406X系(xi)列線性充電器添(tian)加了散(san)熱環路(lu)的運行如圖2所示。散(san)熱環路(lu)在(zai)激活狀(zhuang)態(tai)下可有效降(jiang)(jiang)(jiang)低充電電流，降(jiang)(jiang)(jiang)低充電器級功(gong)(gong)率MOSFET的功(gong)(gong)耗。

    需(xu)要注意的是，具有散熱環(huan)路的線性(xing)充電(dian)(dian)(dian)器在輸入(ru)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)過高(gao)的情況下，充電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)流(liu)值可降(jiang)至非常(chang)低。在此類情況下，誤終止(false termination)可對充電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)流(liu)是否降(jiang)至低于終止閾值進(jin)行檢測(ce)。為避免此問題，bq2406X將在散熱環(huan)路激活(huo)時使終止功能關閉。

動態計時器控制

    充(chong)電(dian)(dian)安全(quan)計(ji)(ji)數(shu)器(qi)用于檢測(ce)故(gu)障(zhang)(zhang)條件，如果充(chong)電(dian)(dian)周(zhou)期時(shi)(shi)長超過(guo)正(zheng)常狀態(tai)(tai)下所期望的(de)總體時(shi)(shi)間，且充(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)流等于額定的(de)快速充(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)流，則判(pan)斷出現故(gu)障(zhang)(zhang)。在(zai)散(san)熱環(huan)(huan)(huan)路(lu)(lu)激活狀態(tai)(tai)下，充(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)流降低。若是(shi)散(san)熱環(huan)(huan)(huan)路(lu)(lu)在(zai)較長一段時(shi)(shi)間內(nei)被(bei)激活，那么故(gu)障(zhang)(zhang)安全(quan)計(ji)(ji)數(shu)器(qi)的(de)故(gu)障(zhang)(zhang)狀態(tai)(tai)即(ji)可觀察(cha)得(de)出。為避(bi)免(mian)錯誤狀態(tai)(tai)的(de)發(fa)生，bq2406X充(chong)電(dian)(dian)器(qi)IC激活了動態(tai)(tai)計(ji)(ji)時(shi)(shi)器(qi)控(kong)制(DTC)，這是(shi)一個(ge)內(nei)置電(dian)(dian)路(lu)(lu)，其(qi)通過(guo)編程調整計(ji)(ji)時(shi)(shi)終止輸出的(de)時(shi)(shi)間值來降低安全(quan)計(ji)(ji)數(shu)器(qi)的(de)時(shi)(shi)鐘效率。DTC電(dian)(dian)路(lu)(lu)將(jiang)在(zai)散(san)熱環(huan)(huan)(huan)路(lu)(lu)被(bei)激活時(shi)(shi)同時(shi)(shi)開啟。

散熱(re)環路(lu)在(zai)輸入(ru)電壓瞬(shun)變(bian)情況下(xia)的(de)運(yun)行。

    散熱調(diao)節功能(neng)以及DTC電(dian)路提供了穩健的散熱管(guan)理及故(gu)障保(bao)護方法，以保(bao)護充電(dian)器級(ji)和(he)系統免遭瞬(shun)變(bian)或其(qi)他過電(dian)壓狀態所引(yin)起(qi)的散熱故(gu)障。

    此(ci)處所(suo)討論的(de)(de)便攜(xie)(xie)式設(she)備(bei)在(zai)(zai)(zai)各廠商之間(jian)存在(zai)(zai)(zai)著(zhu)激烈(lie)的(de)(de)競爭，并且在(zai)(zai)(zai)不(bu)斷進行創新(xin)，差異化(hua)也在(zai)(zai)(zai)加強。隨著(zhu)便攜(xie)(xie)式設(she)備(bei)所(suo)安置的(de)(de)使用環境越來越嚴苛(ke)(例如，在(zai)(zai)(zai)炎熱(re)的(de)(de)夏日將電(dian)話放(fang)置在(zai)(zai)(zai)汽車內充電(dian)，或(huo)是插(cha)入(ru)了廉(lian)價的(de)(de)配件或(huo)錯誤的(de)(de)適配器)，終端用戶將繼續面對在(zai)(zai)(zai)穩(wen)健(jian)性及穩(wen)定(ding)性方面便攜(xie)(xie)式設(she)備(bei)所(suo)帶(dai)來的(de)(de)挑(tiao)戰。一類產(chan)品與其(qi)他產(chan)品的(de)(de)主(zhu)要區別體現在(zai)(zai)(zai)出(chu)現上述(shu)不(bu)希(xi)望出(chu)現的(de)(de)狀態(tai)時，設(she)備(bei)的(de)(de)穩(wen)定(ding)性、可靠性以(yi)(yi)及穩(wen)健(jian)性的(de)(de)不(bu)同。bq2406X產(chan)品系(xi)(xi)列(lie)具(ju)有獨特的(de)(de)輸入(ru)過電(dian)壓保護、散熱(re)調節以(yi)(yi)及DTC功(gong)能，造就了一款穩(wen)健(jian)的(de)(de)系(xi)(xi)統設(she)計以(yi)(yi)解決這些問題。系(xi)(xi)統設(she)計工程師的(de)(de)職責就在(zai)(zai)(zai)于將此(ci)類因素納入(ru)考慮，以(yi)(yi)確保其(qi)產(chan)品更智(zhi)能、更穩(wen)健(jian)，以(yi)(yi)使其(qi)產(chan)品在(zai)(zai)(zai)眾多(duo)的(de)(de)產(chan)品中獨樹一幟，而(er)不(bu)是“泯然眾人”。