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適配(pei)器(qi)

    當今便(bian)攜式系統設(she)計方面的(de)(de)(de)主要問(wen)題之一在于適(shi)應(ying)寬輸(shu)入范圍的(de)(de)(de)需求，例如AC適(shi)配(pei)器(qi)、USB線纜或車載(zai)/空載(zai)的(de)(de)(de)直流(liu)輸(shu)出。將適(shi)配(pei)器(qi)以(yi)低廉的(de)(de)(de)價格推向(xiang)'>市場，取代了昂(ang)貴的(de)(de)(de)原(yuan)始(shi)設(she)備制造商(OEM)制造的(de)(de)(de)適(shi)配(pei)器(qi)，從(cong)而促進了眾多廠商的(de)(de)(de)發展，使可(ke)充電便(bian)攜式設(she)備取得了很大(da)成功。此類最流(liu)行的(de)(de)(de)電源，如AC適(shi)配(pei)器(qi)，通(tong)常可(ke)根據其特性(xing)劃(hua)分為兩種(zhong)：穩(wen)壓(ya)適(shi)配(pei)器(qi)(原(yuan)廠配(pei)件(jian))以(yi)及(ji)非穩(wen)壓(ya)適(shi)配(pei)器(qi)(普通(tong)的(de)(de)(de)配(pei)件(jian)適(shi)配(pei)器(qi))。

    穩(wen)壓(ya)(ya)適配(pei)(pei)器的輸(shu)(shu)出(chu)電壓(ya)(ya)通過內部提供非(fei)(fei)常優良(liang)的線路及負(fu)載調節。而非(fei)(fei)穩(wen)壓(ya)(ya)適配(pei)(pei)器所提供的輸(shu)(shu)出(chu)電壓(ya)(ya)則取決于負(fu)載。線路負(fu)載調節能力不(bu)強，適配(pei)(pei)器在(zai)(zai)過電流(liu)狀(zhuang)態下(xia)的行為也有(you)所差別。穩(wen)壓(ya)(ya)適配(pei)(pei)器在(zai)(zai)進入過電流(liu)區(qu)域時通常具有(you)更為陡峭的過渡(du)區(qu)(transition region)。

輸入瞬(shun)變和過電壓狀態

    當今，靠上述適(shi)配器供電(dian)的(de)便攜式(shi)設(she)備在設(she)計時(shi)必須整合保護(hu)功(gong)能，將(jiang)過電(dian)壓(ya)(ya)損壞終端設(she)備的(de)風(feng)險(xian)降(jiang)到最小。過電(dian)壓(ya)(ya)可為兩種模式(shi)：直流過電(dian)壓(ya)(ya)以(yi)及(ji)瞬(shun)變過電(dian)壓(ya)(ya)。

    通常情況下，直(zhi)流過電(dian)壓源(yuan)于(yu)所插入(ru)的(de)(de)(de)配(pei)件或(huo)非標準適配(pei)器上錯(cuo)誤的(de)(de)(de)輸(shu)出電(dian)壓。另一(yi)方面，將適配(pei)器熱插入(ru)終端設備時(shi)，就(jiu)會出現瞬變(bian)過電(dian)壓。瞬變(bian)過電(dian)壓可輕松地達到正(zheng)常適配(pei)器輸(shu)出電(dian)壓的(de)(de)(de)2倍(bei)，如圖1所示(shi)。

    如果設計合理，充電器既(ji)可(ke)用(yong)于(yu)將(jiang)外部電(dian)源與(yu)電(dian)池和(he)系(xi)(xi)統隔離，如(ru)圖2所示。在(zai)該拓撲結構中(zhong)，電(dian)池組及系(xi)(xi)統的正極終(zhong)端被連接至(zhi)充電(dian)器(qi)的輸(shu)出。充電(dian)器(qi)功率級有(you)效地將(jiang)外部適配器(qi)與(yu)系(xi)(xi)統電(dian)源總線隔離。

    拓撲結構以后就得到了一種穩健的設計，其充電器級(ji)(ji)整(zheng)合(he)了(le)(le)輸(shu)(shu)入過(guo)電(dian)壓(ya)保護(hu)(OVP)功(gong)能，以監測(ce)輸(shu)(shu)入電(dian)壓(ya)并在探測(ce)到直流過(guo)電(dian)壓(ya)時關閉(bi)充電(dian)器(qi)級(ji)(ji)。當(dang)充電(dian)器(qi)級(ji)(ji)關閉(bi)時，系統(tong)的(de)電(dian)源總線與適(shi)(shi)配器(qi)的(de)輸(shu)(shu)出(chu)完全(quan)隔離。對于5V的(de)穩(wen)壓(ya)適(shi)(shi)配器(qi)而言(yan)，其輸(shu)(shu)入過(guo)電(dian)壓(ya)保護(hu)閾值(zhi)通常設定為6.5V。bq2406X系列提供了(le)(le)6.5V及10.5V的(de)選擇以適(shi)(shi)用于穩(wen)壓(ya)和非(fei)穩(wen)壓(ya)適(shi)(shi)配器(qi)。

    為隔離并(bing)保護系統和電池免(mian)受外部電源瞬變過電壓的損害，可(ke)以使(shi)用具有約2倍于(yu)一般適配器額定(ding)電壓的寬輸入電壓范(fan)圍(wei)的充電器級。

    需要注(zhu)意的(de)是，在上述所討論的(de)拓撲結構(gou)中，若最小的(de)系(xi)(xi)統電(dian)(dian)流(liu)(例如待(dai)機模式下)高于(yu)(yu)終(zhong)止(zhi)電(dian)(dian)流(liu)閾值，則可能會產(chan)生鎖死情況。如果系(xi)(xi)統電(dian)(dian)流(liu)高于(yu)(yu)終(zhong)止(zhi)電(dian)(dian)流(liu)閾值，那么將(jiang)無法(fa)對終(zhong)止(zhi)電(dian)(dian)流(liu)進行(xing)檢測。安全計時(shi)(shi)(shi)器(qi)將(jiang)被激活，充(chong)電(dian)(dian)器(qi)級將(jiang)在電(dian)(dian)池充(chong)至(zhi)滿容量之前就斷電(dian)(dian)。為解決可能發生的(de)該問(wen)題(ti)，當(dang)設備處于(yu)(yu)高功(gong)(gong)率(lv)模式而處于(yu)(yu)開啟模式時(shi)(shi)(shi)，bq2406X系(xi)(xi)列提供了一個關(guan)閉安全計時(shi)(shi)(shi)器(qi)以及充(chong)電(dian)(dian)終(zhong)止(zhi)功(gong)(gong)能的(de)選項(xiang)。

散熱管理與故障保護

    線(xian)(xian)性充電(dian)器中至系統電(dian)源總線(xian)(xian)的(de)高輸入電(dian)壓差分(fen)可導致裸(luo)片溫度上升，甚至會超過(guo)最高的(de)結點溫度值并引起熱損壞。為(wei)避免該問題發生，此類設計必(bi)須考慮(lv)使用(yong)包含了(le)熱關(guan)斷(duan)及熱調節(jie)功能的(de)穩健的(de)散熱管理解決方案。

    通常，所有集成充(chong)(chong)(chong)電(dian)器IC都必(bi)須具有內(nei)部熱關(guan)(guan)斷(duan)功能(neng)(neng)，一(yi)旦IC的(de)內(nei)部結點(dian)溫度超過了最高結點(dian)溫度值，熱關(guan)(guan)斷(duan)功能(neng)(neng)將被觸發，以確(que)保運行過程中不會發生熱損壞。在(zai)典型的(de)應用中，當(dang)充(chong)(chong)(chong)電(dian)電(dian)流大約為(wei)1A而充(chong)(chong)(chong)電(dian)器輸入電(dian)壓(ya)高于電(dian)池電(dian)壓(ya)2~3V時，熱關(guan)(guan)斷(duan)功能(neng)(neng)將被激活(huo)。在(zai)激活(huo)狀態(tai)下，熱關(guan)(guan)斷(duan)電(dian)路將關(guan)(guan)閉充(chong)(chong)(chong)電(dian)器功率(lv)級，以避免熱損壞。通常的(de)熱關(guan)(guan)斷(duan)電(dian)路都具有設計(ji)上(shang)的(de)滯后效應。當(dang)IC裸片(pian)溫度降低(di)時，功率(lv)級才重新開啟。裸片(pian)溫度會一(yi)直(zhi)升高，直(zhi)到熱關(guan)(guan)斷(duan)電(dian)路被再(zai)次激活(huo)。其散熱所維(wei)持時間可達數秒，維(wei)持時間取決于PCB的(de)布局(ju)，該(gai)工作模(mo)式(shi)在(zai)以充(chong)(chong)(chong)電(dian)狀態(tai)指示時一(yi)般(ban)被稱為(wei)“閃爍”(flashing)模(mo)式(shi)。

    為解決此類散熱問題(ti)，可添加一(yi)個散熱環路，以降低(di)(di)充(chong)(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)流并確保IC結點溫度低(di)(di)于熱關(guan)斷閾(yu)值。為bq2406X系列線性充(chong)(chong)電(dian)(dian)器添加了(le)散熱環路的(de)運行如圖2所示。散熱環路在(zai)激(ji)活(huo)狀態下(xia)可有效降低(di)(di)充(chong)(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)流，降低(di)(di)充(chong)(chong)電(dian)(dian)器級(ji)功率MOSFET的(de)功耗。

    需要注意的(de)是，具有散熱(re)環路(lu)的(de)線性充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)器在(zai)輸入電(dian)(dian)(dian)壓過(guo)高的(de)情況下，充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)值(zhi)可降至非常低。在(zai)此類情況下，誤終(zhong)止(zhi)(false termination)可對充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)是否降至低于(yu)終(zhong)止(zhi)閾值(zhi)進行(xing)檢(jian)測(ce)。為避免(mian)此問題，bq2406X將在(zai)散熱(re)環路(lu)激活時使(shi)終(zhong)止(zhi)功能(neng)關閉。

動態計時器控制

    充(chong)(chong)電(dian)(dian)安全(quan)(quan)(quan)計(ji)(ji)(ji)數器用于檢測故障(zhang)條件，如果充(chong)(chong)電(dian)(dian)周期(qi)時(shi)(shi)長超過(guo)正常狀(zhuang)(zhuang)態(tai)下所期(qi)望的總體時(shi)(shi)間，且充(chong)(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)流等于額定的快速充(chong)(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)流，則判斷(duan)出現故障(zhang)。在散熱環路(lu)激(ji)活(huo)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)下，充(chong)(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)流降(jiang)(jiang)低。若是散熱環路(lu)在較(jiao)長一段時(shi)(shi)間內被(bei)激(ji)活(huo)，那么故障(zhang)安全(quan)(quan)(quan)計(ji)(ji)(ji)數器的故障(zhang)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)即(ji)可觀察得出。為避免錯誤狀(zhuang)(zhuang)態(tai)的發生，bq2406X充(chong)(chong)電(dian)(dian)器IC激(ji)活(huo)了(le)動態(tai)計(ji)(ji)(ji)時(shi)(shi)器控制(zhi)(DTC)，這是一個內置電(dian)(dian)路(lu)，其(qi)通過(guo)編程調(diao)整計(ji)(ji)(ji)時(shi)(shi)終止輸出的時(shi)(shi)間值來降(jiang)(jiang)低安全(quan)(quan)(quan)計(ji)(ji)(ji)數器的時(shi)(shi)鐘效率。DTC電(dian)(dian)路(lu)將在散熱環路(lu)被(bei)激(ji)活(huo)時(shi)(shi)同時(shi)(shi)開啟。

散熱環路在(zai)輸入電壓瞬(shun)變情(qing)況下(xia)的(de)運行(xing)。

    散熱(re)調節功(gong)能以及(ji)DTC電路提供(gong)了(le)穩健的(de)散熱(re)管(guan)理及(ji)故障保(bao)護(hu)方法(fa)，以保(bao)護(hu)充電器級和系統免遭(zao)瞬變或其他(ta)過電壓(ya)狀態所引(yin)起的(de)散熱(re)故障。

    此處(chu)所討(tao)論的(de)(de)便攜(xie)式設(she)(she)(she)備在(zai)(zai)(zai)(zai)各廠商(shang)之(zhi)間存在(zai)(zai)(zai)(zai)著(zhu)激烈的(de)(de)競爭，并(bing)且在(zai)(zai)(zai)(zai)不斷進行(xing)創新，差異化也在(zai)(zai)(zai)(zai)加強(qiang)。隨著(zhu)便攜(xie)式設(she)(she)(she)備所安置的(de)(de)使用(yong)環(huan)境越(yue)(yue)來(lai)越(yue)(yue)嚴苛(例如，在(zai)(zai)(zai)(zai)炎熱(re)的(de)(de)夏日將電(dian)話放置在(zai)(zai)(zai)(zai)汽車內充電(dian)，或是(shi)插入了(le)(le)廉價的(de)(de)配件或錯誤的(de)(de)適配器)，終端用(yong)戶(hu)將繼續(xu)面對(dui)在(zai)(zai)(zai)(zai)穩(wen)(wen)健(jian)(jian)(jian)性(xing)及穩(wen)(wen)定(ding)性(xing)方面便攜(xie)式設(she)(she)(she)備所帶來(lai)的(de)(de)挑(tiao)戰(zhan)。一類產(chan)(chan)品(pin)與其(qi)他產(chan)(chan)品(pin)的(de)(de)主(zhu)要區別(bie)體現在(zai)(zai)(zai)(zai)出(chu)現上述不希望(wang)出(chu)現的(de)(de)狀態時，設(she)(she)(she)備的(de)(de)穩(wen)(wen)定(ding)性(xing)、可(ke)靠性(xing)以及穩(wen)(wen)健(jian)(jian)(jian)性(xing)的(de)(de)不同。bq2406X產(chan)(chan)品(pin)系列具有獨(du)特(te)的(de)(de)輸入過電(dian)壓保(bao)護、散熱(re)調節以及DTC功能，造(zao)就了(le)(le)一款穩(wen)(wen)健(jian)(jian)(jian)的(de)(de)系統(tong)設(she)(she)(she)計以解決這些問題。系統(tong)設(she)(she)(she)計工程師的(de)(de)職責就在(zai)(zai)(zai)(zai)于將此類因素納入考(kao)慮，以確保(bao)其(qi)產(chan)(chan)品(pin)更智能、更穩(wen)(wen)健(jian)(jian)(jian)，以使其(qi)產(chan)(chan)品(pin)在(zai)(zai)(zai)(zai)眾多的(de)(de)產(chan)(chan)品(pin)中獨(du)樹(shu)一幟，而(er)不是(shi)“泯然眾人”。