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          應用方案

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          全能便攜式電池充電系統保護設備方案
          發布者:深圳市踏歌科技有限公司  發布時間:2016-08-01
            全能便攜式電池充電系統保護設備方案
            移動設備正日益成為我們日常生活不可或缺的一部分。以智能手機為例,除了簡單的手機呼叫功能外,智能手機現在還具有豐富的特性,能夠支持社交網絡、Web 瀏覽、消息發送、游戲以及大型高清屏幕等應用。所有這些特性已讓手機成了高功耗設備。電池容量和能量密度得到了顯著提升,以滿足更高的電源需求。充電 10 分鐘即可為設備供電一天,而充電一小時即可獲得 80% 的電量,這已成了高端用戶體驗的趨勢。如果將快速充電要求和大型電池容量結合在一起考慮,便攜式設備的充電電流可以達到 4A 甚至更高。這種對大功率的需求給電池供電系統設計帶來了許多新的挑戰。
          全能便攜式電池充電系統保護設備方案
           
            本實用新型提出一種便攜式系統鋰電池充電保護電路,包括充電電源、WS3206芯片、處理器以及鋰電池,WS3206芯片的電壓輸入端與充電電源相連,WS3206芯片的電壓輸出端經過電流采樣電阻后與鋰電池相連,WS3206芯片的電壓監測端經過電壓監控電阻后與鋰電池相連,處理器與WS3206芯片的信號輸入端相連,且處理器與電流采樣電阻的兩端相連。本實用新型具有輸入電壓過電壓保護、電池過電壓保護、充電電流過電流保護、過溫保護等功能性優點。
            USB 供電
            便攜式設備通常使用 5V USB 電源。傳統 USB 端口如果使用 USB2.0 規范,最大輸出電流是 500mA,或若使用 USB3.0,最大輸出電流則為 900mA,這無法滿足便攜式設備的快速充電要求。USB 適配器(專用充電端口,即 DCP)使用微型 USB 連接頭即可將輸出電流提高到 1.8A。但令人遺憾的是,典型的 5V/2A 電源適配器只能提供 10W 的總功率。如果使用這種電源適配器作為充電器電源,那么電池充電器最多只能提供 2.5A 的充電電流,而這并不足以為 4,000mAh 及更高容量的電池組快速充電。為了提高功率,我們能否繼續增大 5V 電源適配器的輸出電流?如果我們增加成本且使用專用線纜,理論上是可以的。但是,這種做法會受制于下列因素:
            ? 更高適配器電流(例如 2A 或更高)需要更粗的線纜和專門的 USB 連接頭,這會造成系統解決方案成本上升。此外,出于功率損耗和安全性問題考慮,傳統 USB 線纜也不能充分滿足需求。
            ? 根據線纜長度和粗細的不同,適配器線纜的典型阻抗在 150 到 300mOhm 不等。高適配器輸出電流會造成整個線纜的壓降增大,進而降低充電器輸入端的有效輸入電壓。當充電器輸入電壓接近電池充電電壓時,充電電流會顯著降低,從而延長充電時間。
            以使用線纜電阻為 180mOhm 的 5V/3A 適配器為例,線纜上的壓降為 540mV。這樣充電器的輸入電壓就是 4.46V。我們假定充電器輸入端到電池組的總電阻為 150mOhm,這包括充電器功率 MOSFET 的導通電阻和電感器的 DC 電阻。即使充電器能夠支持 3A 的電流,但對 4.35V 鋰離子電池充電而言,最大充電電流僅為 730mA。不足 1A 的充電電流顯然不能高到能滿足快速充電的需要。
            根據上述分析,必須提高電源輸入電壓,才能提供足夠的電壓避免充電器進入低壓降模式。出于這些制約因素,如果系統要求的功率大于 10W 或 15W,最好使用高電壓適配器,比如 9V 或者 12V。在相同的功率下,高電壓適配器不僅需要較低的輸入電流,而且還具有更大的輸入電壓裕度,可提供電池充滿電的電壓。高電壓適配器唯一的局限性是存在向后兼容性問題。將高電壓適配器插入到用于支持 5V 輸入的便攜式設備上,如果系統不關閉(由于過壓保護),設備也會遭到損壞(由于缺乏足夠的高電壓保護)。
            由于這些限制性因素的存在,USD 供電適配器等眾多新型混合式高電壓適配器正在涌入市場。這類混合電電壓適配器的共同特性是能夠通過適配器與系統控制器之間的握手來識別系統的電壓需求。該適配器以 5V 為起步輸出來作為默省值。只有在系統確認其能支持較高電壓來實現快速充電時,才會將電壓抬升到更高的 9V 或 12V。系統與適配器之間的通信可使用 VBUS 實現,也可借助專門的握手算法或信號來通過 D+ 和 D- 線路實現。這種新型混合、可調節電壓適配器不僅也能用作通用電源,同時還支持作為普通電源的傳統 5V 電壓和用于快速充電的高輸入電壓系統。
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