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(de)AC適配器

    當(dang)今便攜式系統設(she)(she)計方面的(de)(de)主要問題之(zhi)一在于適(shi)(shi)應(ying)寬(kuan)輸入范圍的(de)(de)需求(qiu)，例如AC適(shi)(shi)配(pei)(pei)器、USB線纜(lan)或車載/空載的(de)(de)直(zhi)流(liu)輸出。將適(shi)(shi)配(pei)(pei)器以(yi)(yi)低(di)廉的(de)(de)價格推向'>市(shi)場(chang)，取代了昂(ang)貴的(de)(de)原始(shi)設(she)(she)備(bei)制造(zao)商(OEM)制造(zao)的(de)(de)適(shi)(shi)配(pei)(pei)器，從而(er)促進了眾多廠(chang)商的(de)(de)發展，使可(ke)充電便攜式設(she)(she)備(bei)取得了很大成功。此類最(zui)流(liu)行的(de)(de)電源(yuan)，如AC適(shi)(shi)配(pei)(pei)器，通常可(ke)根據其特(te)性劃分為兩(liang)種(zhong)：穩(wen)壓適(shi)(shi)配(pei)(pei)器(原廠(chang)配(pei)(pei)件(jian))以(yi)(yi)及非穩(wen)壓適(shi)(shi)配(pei)(pei)器(普通的(de)(de)配(pei)(pei)件(jian)適(shi)(shi)配(pei)(pei)器)。

    穩壓(ya)(ya)適配(pei)(pei)器(qi)(qi)的輸出(chu)電壓(ya)(ya)通(tong)過(guo)(guo)內部(bu)提(ti)供(gong)非常優良的線路及負載(zai)調節。而(er)非穩壓(ya)(ya)適配(pei)(pei)器(qi)(qi)所提(ti)供(gong)的輸出(chu)電壓(ya)(ya)則取(qu)決于(yu)負載(zai)。線路負載(zai)調節能力(li)不強，適配(pei)(pei)器(qi)(qi)在過(guo)(guo)電流狀態下的行為也有(you)(you)所差別。穩壓(ya)(ya)適配(pei)(pei)器(qi)(qi)在進入過(guo)(guo)電流區域時通(tong)常具有(you)(you)更為陡(dou)峭的過(guo)(guo)渡區(transition region)。

輸(shu)入(ru)瞬變和過電壓狀(zhuang)態

    當今，靠上(shang)述適配器供電(dian)的便(bian)攜(xie)式設備(bei)在設計時必(bi)須(xu)整合(he)保護功(gong)能，將(jiang)過(guo)電(dian)壓(ya)損壞終端設備(bei)的風險(xian)降(jiang)到最小。過(guo)電(dian)壓(ya)可為兩種模式：直流過(guo)電(dian)壓(ya)以及瞬(shun)變(bian)過(guo)電(dian)壓(ya)。

    通常情況下，直(zhi)流過(guo)電(dian)壓(ya)源于所插入的配件或(huo)非標準適(shi)配器上錯誤的輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)。另一方(fang)面，將適(shi)配器熱插入終端(duan)設備時，就會出(chu)現瞬變過(guo)電(dian)壓(ya)。瞬變過(guo)電(dian)壓(ya)可(ke)輕松地達(da)到正常適(shi)配器輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)的2倍，如圖1所示(shi)。

    如果設計合理，充電器既可用于(yu)將外部(bu)電源與電池和系(xi)(xi)統隔(ge)離，如圖2所示(shi)。在該拓撲結構(gou)中，電池組及系(xi)(xi)統的正(zheng)極終端被連接至充(chong)電器(qi)的輸出。充(chong)電器(qi)功(gong)率(lv)級(ji)有效地將外部(bu)適配器(qi)與系(xi)(xi)統電源總線隔(ge)離。

    拓撲結構以后就得到了一種穩健的設計，其充電器級整合(he)了輸(shu)入過電(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)保護(hu)(OVP)功能，以監(jian)測輸(shu)入電(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)并(bing)在(zai)探測到直流過電(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)時(shi)關閉充電(dian)(dian)器(qi)(qi)(qi)級。當充電(dian)(dian)器(qi)(qi)(qi)級關閉時(shi)，系(xi)統的電(dian)(dian)源總線與適配器(qi)(qi)(qi)的輸(shu)出完全隔離。對(dui)于5V的穩壓(ya)(ya)(ya)適配器(qi)(qi)(qi)而(er)言，其輸(shu)入過電(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)保護(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的選擇以適用于穩壓(ya)(ya)(ya)和(he)非穩壓(ya)(ya)(ya)適配器(qi)(qi)(qi)。

    為隔離并保護系統和電(dian)池免(mian)受外部電(dian)源瞬變過電(dian)壓的(de)(de)損害，可以使(shi)用具有約2倍于一般適配器額定電(dian)壓的(de)(de)寬輸入電(dian)壓范圍的(de)(de)充電(dian)器級。

    需(xu)要注(zhu)意的(de)是，在(zai)上(shang)述所討論的(de)拓撲結(jie)構中，若最小的(de)系統電(dian)流(liu)(例如待機模式(shi)下)高于(yu)(yu)(yu)終(zhong)止(zhi)電(dian)流(liu)閾(yu)值(zhi)，則可(ke)能(neng)會產生(sheng)鎖死(si)情況。如果系統電(dian)流(liu)高于(yu)(yu)(yu)終(zhong)止(zhi)電(dian)流(liu)閾(yu)值(zhi)，那(nei)么將無法對終(zhong)止(zhi)電(dian)流(liu)進行(xing)檢測。安全計時器(qi)(qi)將被激活(huo)，充電(dian)器(qi)(qi)級將在(zai)電(dian)池充至滿容量(liang)之前(qian)就(jiu)斷電(dian)。為解(jie)決(jue)可(ke)能(neng)發(fa)生(sheng)的(de)該問(wen)題，當設(she)備處(chu)于(yu)(yu)(yu)高功(gong)率模式(shi)而處(chu)于(yu)(yu)(yu)開啟模式(shi)時，bq2406X系列提供了(le)一個關(guan)閉安全計時器(qi)(qi)以及(ji)充電(dian)終(zhong)止(zhi)功(gong)能(neng)的(de)選項。

散熱管理與故障保護

    線(xian)性充(chong)電(dian)器中至系統電(dian)源總(zong)線(xian)的(de)高輸入電(dian)壓差分(fen)可導致裸(luo)片溫度上(shang)升，甚(shen)至會超(chao)過(guo)最高的(de)結點溫度值并引起(qi)熱(re)損壞。為避(bi)免該(gai)問題發生，此(ci)類設計(ji)必(bi)須(xu)考慮(lv)使用包含了熱(re)關斷(duan)及(ji)熱(re)調節功能的(de)穩健(jian)的(de)散熱(re)管理解(jie)決方案。

    通(tong)常，所有集(ji)成(cheng)充(chong)電器IC都必須具(ju)有內(nei)部熱(re)(re)(re)(re)(re)關(guan)斷功(gong)(gong)能，一旦IC的(de)內(nei)部結點溫度(du)超過(guo)了(le)最高(gao)結點溫度(du)值，熱(re)(re)(re)(re)(re)關(guan)斷功(gong)(gong)能將(jiang)被(bei)(bei)觸發(fa)，以確(que)保運(yun)行過(guo)程中(zhong)不會發(fa)生熱(re)(re)(re)(re)(re)損壞。在典型的(de)應用(yong)中(zhong)，當充(chong)電電流(liu)大(da)約為1A而充(chong)電器輸入電壓高(gao)于電池電壓2~3V時(shi)，熱(re)(re)(re)(re)(re)關(guan)斷功(gong)(gong)能將(jiang)被(bei)(bei)激活。在激活狀(zhuang)態(tai)下，熱(re)(re)(re)(re)(re)關(guan)斷電路(lu)將(jiang)關(guan)閉(bi)充(chong)電器功(gong)(gong)率級，以避免(mian)熱(re)(re)(re)(re)(re)損壞。通(tong)常的(de)熱(re)(re)(re)(re)(re)關(guan)斷電路(lu)都具(ju)有設計上的(de)滯后效(xiao)應。當IC裸(luo)(luo)片溫度(du)降低時(shi)，功(gong)(gong)率級才重新開啟。裸(luo)(luo)片溫度(du)會一直(zhi)升高(gao)，直(zhi)到(dao)熱(re)(re)(re)(re)(re)關(guan)斷電路(lu)被(bei)(bei)再次激活。其(qi)散熱(re)(re)(re)(re)(re)所維持(chi)時(shi)間可達數秒，維持(chi)時(shi)間取(qu)決于PCB的(de)布局，該(gai)工作模式在以充(chong)電狀(zhuang)態(tai)指示(shi)時(shi)一般(ban)被(bei)(bei)稱為“閃爍”(flashing)模式。

    為解(jie)決此類散(san)熱(re)問題，可添加(jia)(jia)一個散(san)熱(re)環路(lu)，以降低(di)充電(dian)(dian)電(dian)(dian)流并確保IC結點(dian)溫度低(di)于熱(re)關斷(duan)閾(yu)值(zhi)。為bq2406X系列線性充電(dian)(dian)器添加(jia)(jia)了散(san)熱(re)環路(lu)的運(yun)行(xing)如(ru)圖(tu)2所示(shi)。散(san)熱(re)環路(lu)在(zai)激活狀態(tai)下可有效降低(di)充電(dian)(dian)電(dian)(dian)流，降低(di)充電(dian)(dian)器級功率(lv)MOSFET的功耗。

    需(xu)要(yao)注(zhu)意的是，具(ju)有散熱環(huan)路(lu)的線(xian)性充電(dian)器在輸入電(dian)壓過(guo)高的情(qing)況下，充電(dian)電(dian)流值可(ke)降至非常低。在此類情(qing)況下，誤終止(zhi)(false termination)可(ke)對充電(dian)電(dian)流是否降至低于終止(zhi)閾值進行檢測。為避(bi)免(mian)此問(wen)題，bq2406X將在散熱環(huan)路(lu)激活時(shi)使終止(zhi)功能關閉(bi)。

動態計時器控制

    充(chong)電(dian)安(an)(an)全(quan)計(ji)數(shu)(shu)器(qi)(qi)用于檢(jian)測故(gu)(gu)(gu)障(zhang)條件(jian)，如果充(chong)電(dian)周期時(shi)(shi)長超過正常狀(zhuang)(zhuang)態(tai)下(xia)所(suo)期望的(de)(de)總體時(shi)(shi)間，且充(chong)電(dian)電(dian)流等(deng)于額定的(de)(de)快速充(chong)電(dian)電(dian)流，則判斷出(chu)現故(gu)(gu)(gu)障(zhang)。在(zai)散熱環(huan)路(lu)激活狀(zhuang)(zhuang)態(tai)下(xia)，充(chong)電(dian)電(dian)流降低(di)。若是散熱環(huan)路(lu)在(zai)較長一段時(shi)(shi)間內(nei)被激活，那么故(gu)(gu)(gu)障(zhang)安(an)(an)全(quan)計(ji)數(shu)(shu)器(qi)(qi)的(de)(de)故(gu)(gu)(gu)障(zhang)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)即可(ke)觀(guan)察得出(chu)。為避免錯誤狀(zhuang)(zhuang)態(tai)的(de)(de)發(fa)生，bq2406X充(chong)電(dian)器(qi)(qi)IC激活了動態(tai)計(ji)時(shi)(shi)器(qi)(qi)控制(DTC)，這是一個(ge)內(nei)置(zhi)電(dian)路(lu)，其通過編程調整(zheng)計(ji)時(shi)(shi)終止輸出(chu)的(de)(de)時(shi)(shi)間值(zhi)來降低(di)安(an)(an)全(quan)計(ji)數(shu)(shu)器(qi)(qi)的(de)(de)時(shi)(shi)鐘效率。DTC電(dian)路(lu)將在(zai)散熱環(huan)路(lu)被激活時(shi)(shi)同時(shi)(shi)開啟。

散熱環路(lu)在(zai)輸入電壓瞬變情況下的運行。

    散熱調(diao)節功能以(yi)及DTC電(dian)(dian)路提供了穩健的散熱管理及故障(zhang)保護(hu)(hu)方法(fa)，以(yi)保護(hu)(hu)充電(dian)(dian)器級和系統免遭瞬變或其他過(guo)電(dian)(dian)壓狀態(tai)所引起(qi)的散熱故障(zhang)。

    此(ci)處所討論的(de)(de)(de)便(bian)(bian)攜式設(she)(she)備在(zai)各廠商之間(jian)存在(zai)著激烈的(de)(de)(de)競爭，并(bing)且(qie)在(zai)不斷進行(xing)創新，差異(yi)化(hua)也(ye)在(zai)加強。隨(sui)著便(bian)(bian)攜式設(she)(she)備所安置的(de)(de)(de)使用環境越來越嚴苛(例如，在(zai)炎熱的(de)(de)(de)夏日將電話放置在(zai)汽車(che)內充(chong)電，或是(shi)(shi)插入了廉價的(de)(de)(de)配件或錯誤(wu)的(de)(de)(de)適配器)，終端用戶將繼續面對在(zai)穩(wen)健(jian)性(xing)及(ji)穩(wen)定性(xing)方面便(bian)(bian)攜式設(she)(she)備所帶(dai)來的(de)(de)(de)挑戰。一類產(chan)品(pin)與其(qi)他產(chan)品(pin)的(de)(de)(de)主要(yao)區別體現在(zai)出(chu)現上述不希望出(chu)現的(de)(de)(de)狀態時，設(she)(she)備的(de)(de)(de)穩(wen)定性(xing)、可靠性(xing)以(yi)及(ji)穩(wen)健(jian)性(xing)的(de)(de)(de)不同。bq2406X產(chan)品(pin)系(xi)(xi)列具有獨(du)特(te)的(de)(de)(de)輸入過電壓保(bao)護、散熱調(diao)節(jie)以(yi)及(ji)DTC功能(neng)，造就(jiu)了一款穩(wen)健(jian)的(de)(de)(de)系(xi)(xi)統(tong)設(she)(she)計以(yi)解決這些問題。系(xi)(xi)統(tong)設(she)(she)計工(gong)程師的(de)(de)(de)職責就(jiu)在(zai)于將此(ci)類因素納入考慮，以(yi)確保(bao)其(qi)產(chan)品(pin)更智能(neng)、更穩(wen)健(jian)，以(yi)使其(qi)產(chan)品(pin)在(zai)眾(zhong)(zhong)多的(de)(de)(de)產(chan)品(pin)中(zhong)獨(du)樹一幟(zhi)，而不是(shi)(shi)“泯然眾(zhong)(zhong)人”。