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)計方面(mian)的(de)主要問題之一在于適(shi)(shi)應(ying)寬輸(shu)入范圍的(de)需求，例如AC適(shi)(shi)配(pei)(pei)(pei)器(qi)、USB線纜(lan)或車載(zai)/空(kong)載(zai)的(de)直流輸(shu)出。將(jiang)適(shi)(shi)配(pei)(pei)(pei)器(qi)以(yi)低廉(lian)的(de)價格推向'>市場，取代了昂貴的(de)原始設(she)備制(zhi)造商(OEM)制(zhi)造的(de)適(shi)(shi)配(pei)(pei)(pei)器(qi)，從而促(cu)進了眾多(duo)廠(chang)商的(de)發(fa)展，使可充電(dian)便(bian)攜(xie)式設(she)備取得了很大成功(gong)。此類最(zui)流行的(de)電(dian)源(yuan)，如AC適(shi)(shi)配(pei)(pei)(pei)器(qi)，通常可根據其(qi)特性(xing)劃分為兩種：穩(wen)壓(ya)適(shi)(shi)配(pei)(pei)(pei)器(qi)(原廠(chang)配(pei)(pei)(pei)件)以(yi)及非穩(wen)壓(ya)適(shi)(shi)配(pei)(pei)(pei)器(qi)(普通的(de)配(pei)(pei)(pei)件適(shi)(shi)配(pei)(pei)(pei)器(qi))。

    穩(wen)壓適(shi)配(pei)器的(de)(de)輸出電壓通(tong)過(guo)內部(bu)提供非常優良的(de)(de)線路(lu)(lu)及(ji)負(fu)載(zai)調節。而非穩(wen)壓適(shi)配(pei)器所提供的(de)(de)輸出電壓則取決于(yu)負(fu)載(zai)。線路(lu)(lu)負(fu)載(zai)調節能(neng)力不強，適(shi)配(pei)器在(zai)過(guo)電流狀態(tai)下的(de)(de)行為也有(you)所差別。穩(wen)壓適(shi)配(pei)器在(zai)進(jin)入過(guo)電流區域時通(tong)常具有(you)更為陡峭的(de)(de)過(guo)渡區(transition region)。

輸(shu)入瞬變和過電壓狀態

    當今，靠(kao)上述(shu)適配器(qi)供電的便攜式(shi)設備在設計時必須整合(he)保護功(gong)能，將過電壓損壞終端設備的風(feng)險降到最小。過電壓可(ke)為兩種模式(shi)：直(zhi)流(liu)過電壓以及瞬(shun)變(bian)過電壓。

    通常情況(kuang)下，直流過電(dian)壓(ya)源于(yu)所插入(ru)的配(pei)(pei)件或非標準適配(pei)(pei)器上錯誤(wu)的輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)。另一方(fang)面，將(jiang)適配(pei)(pei)器熱插入(ru)終端(duan)設備時，就會出(chu)現(xian)瞬變(bian)過電(dian)壓(ya)。瞬變(bian)過電(dian)壓(ya)可輕松地達到正(zheng)常適配(pei)(pei)器輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)的2倍，如圖(tu)1所示(shi)。

    如果設計合理，充電器既可用(yong)于將外部電(dian)(dian)(dian)源(yuan)與(yu)電(dian)(dian)(dian)池和系(xi)統(tong)隔離(li)，如圖2所(suo)示。在該拓撲結構中，電(dian)(dian)(dian)池組及系(xi)統(tong)的(de)(de)正極終端被連接至充電(dian)(dian)(dian)器的(de)(de)輸出(chu)。充電(dian)(dian)(dian)器功率級有效地將外部適(shi)配器與(yu)系(xi)統(tong)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)總(zong)線(xian)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(le)輸(shu)入過(guo)電(dian)壓(ya)保(bao)護(hu)(OVP)功能，以監測輸(shu)入電(dian)壓(ya)并在探測到直流(liu)過(guo)電(dian)壓(ya)時(shi)關閉(bi)充(chong)電(dian)器(qi)(qi)級。當(dang)充(chong)電(dian)器(qi)(qi)級關閉(bi)時(shi)，系統的電(dian)源總線與適配(pei)器(qi)(qi)的輸(shu)出(chu)完(wan)全隔離。對于5V的穩壓(ya)適配(pei)器(qi)(qi)而(er)言，其(qi)輸(shu)入過(guo)電(dian)壓(ya)保(bao)護(hu)閾值通(tong)常設定為6.5V。bq2406X系列(lie)提供了(le)6.5V及10.5V的選擇(ze)以適用于穩壓(ya)和非穩壓(ya)適配(pei)器(qi)(qi)。

    為隔離(li)并保(bao)護(hu)系統和電(dian)池(chi)免受外部電(dian)源瞬變(bian)過電(dian)壓的(de)損害(hai)，可以(yi)使用(yong)具有約2倍于一般適配(pei)器額定電(dian)壓的(de)寬輸(shu)入電(dian)壓范圍的(de)充電(dian)器級。

    需要(yao)注意的(de)是，在(zai)(zai)上述(shu)所討論的(de)拓撲結構(gou)中，若(ruo)最小的(de)系(xi)(xi)統(tong)電(dian)(dian)流(liu)(例如(ru)(ru)待機模式(shi)下)高(gao)于(yu)終(zhong)止電(dian)(dian)流(liu)閾值(zhi)，則(ze)可(ke)能(neng)會產生(sheng)鎖(suo)死情況(kuang)。如(ru)(ru)果系(xi)(xi)統(tong)電(dian)(dian)流(liu)高(gao)于(yu)終(zhong)止電(dian)(dian)流(liu)閾值(zhi)，那么(me)將無法對終(zhong)止電(dian)(dian)流(liu)進行檢測。安(an)全計(ji)時(shi)(shi)器(qi)將被(bei)激活，充(chong)電(dian)(dian)器(qi)級將在(zai)(zai)電(dian)(dian)池充(chong)至滿容量之前就斷電(dian)(dian)。為解決可(ke)能(neng)發生(sheng)的(de)該問題(ti)，當設備處于(yu)高(gao)功(gong)率模式(shi)而處于(yu)開啟模式(shi)時(shi)(shi)，bq2406X系(xi)(xi)列(lie)提供了(le)一個關閉安(an)全計(ji)時(shi)(shi)器(qi)以及充(chong)電(dian)(dian)終(zhong)止功(gong)能(neng)的(de)選項。

散熱管理與故障保護

    線(xian)性充電器中至(zhi)系統電源總線(xian)的高(gao)輸(shu)入電壓差分可(ke)導致裸(luo)片溫度上(shang)升，甚至(zhi)會超過最高(gao)的結點溫度值并引起熱(re)損壞。為(wei)避免該問題發(fa)生(sheng)，此(ci)類設計(ji)必須考慮(lv)使用包含了熱(re)關(guan)斷(duan)及熱(re)調節功能的穩健的散熱(re)管理解決方案(an)。

    通常，所(suo)有集成充(chong)(chong)電(dian)器(qi)(qi)(qi)IC都必須具有內部熱(re)(re)(re)(re)關(guan)(guan)(guan)斷(duan)(duan)功能，一(yi)旦IC的內部結點(dian)(dian)溫(wen)度(du)超過(guo)了最高結點(dian)(dian)溫(wen)度(du)值，熱(re)(re)(re)(re)關(guan)(guan)(guan)斷(duan)(duan)功能將(jiang)被(bei)觸發，以(yi)確(que)保(bao)運行(xing)過(guo)程中不會發生(sheng)熱(re)(re)(re)(re)損(sun)壞(huai)。在典型的應(ying)用中，當充(chong)(chong)電(dian)電(dian)流大約為1A而(er)充(chong)(chong)電(dian)器(qi)(qi)(qi)輸(shu)入電(dian)壓高于(yu)電(dian)池電(dian)壓2~3V時(shi)，熱(re)(re)(re)(re)關(guan)(guan)(guan)斷(duan)(duan)功能將(jiang)被(bei)激(ji)活(huo)。在激(ji)活(huo)狀態(tai)下，熱(re)(re)(re)(re)關(guan)(guan)(guan)斷(duan)(duan)電(dian)路(lu)將(jiang)關(guan)(guan)(guan)閉充(chong)(chong)電(dian)器(qi)(qi)(qi)功率級，以(yi)避免熱(re)(re)(re)(re)損(sun)壞(huai)。通常的熱(re)(re)(re)(re)關(guan)(guan)(guan)斷(duan)(duan)電(dian)路(lu)都具有設計上的滯后效應(ying)。當IC裸(luo)(luo)片(pian)(pian)溫(wen)度(du)降低時(shi)，功率級才重新開啟。裸(luo)(luo)片(pian)(pian)溫(wen)度(du)會一(yi)直升高，直到熱(re)(re)(re)(re)關(guan)(guan)(guan)斷(duan)(duan)電(dian)路(lu)被(bei)再次激(ji)活(huo)。其散熱(re)(re)(re)(re)所(suo)維(wei)持時(shi)間可達(da)數秒，維(wei)持時(shi)間取決于(yu)PCB的布局，該工作模式在以(yi)充(chong)(chong)電(dian)狀態(tai)指(zhi)示時(shi)一(yi)般被(bei)稱為“閃爍”(flashing)模式。

    為解決此類散(san)熱(re)(re)問(wen)題，可添(tian)加一個散(san)熱(re)(re)環路(lu)，以降(jiang)低(di)(di)充(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)流(liu)并確保IC結(jie)點(dian)溫度低(di)(di)于(yu)熱(re)(re)關斷(duan)閾值。為bq2406X系列線性充(chong)電(dian)(dian)器添(tian)加了(le)散(san)熱(re)(re)環路(lu)的運行如圖2所(suo)示。散(san)熱(re)(re)環路(lu)在激活狀(zhuang)態下可有效降(jiang)低(di)(di)充(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)流(liu)，降(jiang)低(di)(di)充(chong)電(dian)(dian)器級功率(lv)MOSFET的功耗。

    需要注意的(de)是，具有(you)散熱環(huan)路(lu)的(de)線性充(chong)電(dian)器在(zai)輸入電(dian)壓過高的(de)情況(kuang)下，充(chong)電(dian)電(dian)流值可(ke)降至(zhi)非常低(di)。在(zai)此(ci)類情況(kuang)下，誤終(zhong)止(zhi)(false termination)可(ke)對充(chong)電(dian)電(dian)流是否降至(zhi)低(di)于終(zhong)止(zhi)閾值進行檢測。為(wei)避免此(ci)問題，bq2406X將在(zai)散熱環(huan)路(lu)激活(huo)時使(shi)終(zhong)止(zhi)功能關閉。

動態計時器控制

    充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)安(an)全(quan)計(ji)數(shu)器用于檢測故障條件(jian)，如果充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)周期(qi)時(shi)(shi)(shi)(shi)長超過正(zheng)常狀(zhuang)態(tai)(tai)下所期(qi)望的(de)總體時(shi)(shi)(shi)(shi)間(jian)，且充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)等(deng)于額(e)定的(de)快(kuai)速充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)，則判斷出現故障。在散熱(re)環(huan)路(lu)激活狀(zhuang)態(tai)(tai)下，充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)降(jiang)低(di)。若(ruo)是散熱(re)環(huan)路(lu)在較長一(yi)段時(shi)(shi)(shi)(shi)間(jian)內被激活，那(nei)么故障安(an)全(quan)計(ji)數(shu)器的(de)故障狀(zhuang)態(tai)(tai)即可觀察(cha)得出。為避免錯誤狀(zhuang)態(tai)(tai)的(de)發生(sheng)，bq2406X充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)器IC激活了動(dong)態(tai)(tai)計(ji)時(shi)(shi)(shi)(shi)器控制(DTC)，這是一(yi)個(ge)內置(zhi)電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)，其通(tong)過編程調整計(ji)時(shi)(shi)(shi)(shi)終止輸出的(de)時(shi)(shi)(shi)(shi)間(jian)值來(lai)降(jiang)低(di)安(an)全(quan)計(ji)數(shu)器的(de)時(shi)(shi)(shi)(shi)鐘效率。DTC電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)將在散熱(re)環(huan)路(lu)被激活時(shi)(shi)(shi)(shi)同(tong)時(shi)(shi)(shi)(shi)開啟。

散(san)熱(re)環路在輸入電壓瞬變(bian)情況下的運行。

    散熱調節(jie)功能以(yi)及DTC電(dian)(dian)路提供了穩健的(de)散熱管理及故(gu)障保(bao)護(hu)方(fang)法，以(yi)保(bao)護(hu)充(chong)電(dian)(dian)器級和系(xi)統免遭瞬變或其他過電(dian)(dian)壓(ya)狀態所(suo)引(yin)起的(de)散熱故(gu)障。

    此(ci)處所討論的(de)(de)(de)(de)便攜式設(she)備在各廠商之間(jian)存在著激烈的(de)(de)(de)(de)競爭，并且在不斷進行創新，差異化也(ye)在加強。隨(sui)著便攜式設(she)備所安(an)置的(de)(de)(de)(de)使用環境越(yue)來(lai)越(yue)嚴苛(例如，在炎熱的(de)(de)(de)(de)夏日將(jiang)電話(hua)放置在汽車內充(chong)電，或(huo)是(shi)插入了(le)廉價的(de)(de)(de)(de)配件或(huo)錯誤的(de)(de)(de)(de)適(shi)配器)，終端用戶(hu)將(jiang)繼續面對(dui)在穩(wen)(wen)(wen)(wen)健(jian)性及(ji)穩(wen)(wen)(wen)(wen)定(ding)性方面便攜式設(she)備所帶來(lai)的(de)(de)(de)(de)挑戰(zhan)。一類(lei)產(chan)(chan)品(pin)與其(qi)他產(chan)(chan)品(pin)的(de)(de)(de)(de)主(zhu)要區(qu)別體現在出現上(shang)述不希望出現的(de)(de)(de)(de)狀態時，設(she)備的(de)(de)(de)(de)穩(wen)(wen)(wen)(wen)定(ding)性、可靠性以(yi)及(ji)穩(wen)(wen)(wen)(wen)健(jian)性的(de)(de)(de)(de)不同。bq2406X產(chan)(chan)品(pin)系(xi)列具有獨特的(de)(de)(de)(de)輸(shu)入過(guo)電壓保護、散(san)熱調節以(yi)及(ji)DTC功能(neng)，造就(jiu)了(le)一款穩(wen)(wen)(wen)(wen)健(jian)的(de)(de)(de)(de)系(xi)統(tong)(tong)設(she)計以(yi)解決這些問(wen)題。系(xi)統(tong)(tong)設(she)計工程師的(de)(de)(de)(de)職責就(jiu)在于將(jiang)此(ci)類(lei)因素納入考慮，以(yi)確保其(qi)產(chan)(chan)品(pin)更智能(neng)、更穩(wen)(wen)(wen)(wen)健(jian)，以(yi)使其(qi)產(chan)(chan)品(pin)在眾多的(de)(de)(de)(de)產(chan)(chan)品(pin)中獨樹(shu)一幟，而不是(shi)“泯(min)然(ran)眾人”。