紧凑型解决方案使用USB电源运行设备并同时为其电池充电

越来越多的便携式设备正在利用通用串行总线(usb)为其电池充电。主机提供的usb电源允许在进行数据传输的同时为电池充电,并且在某些情况下,无需笨重的墙上适配器。挑战在于以最有效的方式同时提供电池充电和设备操作,同时不超过usb规范要求的100ma或500ma。
usb 电源管理器和电池充电器
图1所示电路允许使用usb电源同时进行电池充电和设备操作。ltc®4410 usb 电源管理器是一款电源路径™控制器,用于控制 ltc4053 锂离子电池充电器用于为电池充电的电流。该电路随着系统负载电流的增加而降低电池充电电流,同样,随着系统负载的减小,电池充电电流也会增加。这有助于将总电流保持在 usb 规格范围内(假设用电设备从未尝试消耗超过 usb 规格允许的电流)。
图1.usb 电源管理器和电池充电器。
电池充电电流由 ltc3 prog 引脚上的一个 4.4053kω 电阻器在外部设定,其中:
这在usb规范规定的500ma限制之内。usb 设备工作负荷 (i负荷) 通过 ltc4410 的低压降 p 沟道 mosfet 开关供电。chp 引脚产生负载电流等于 i 的副本负荷/1000.该电流流向 ltc4053 的 prog 引脚,在那里它通过以下方式改变充电电流:
正如我负荷电流增加,电池充电电流减小,以保持总量小于500ma。这样,即使在电池充电时也可以使用设备。ltc4410 保证在 i负荷= 500ma 或 100ma,具体取决于特定的 usb 操作模式。请注意,ltc4410 可将充电器电流降至零,但它不会限制 i负荷.假设负载器件电路从usb主机吸收的电流不超过500ma或100ma。
ltc4410 mode 引脚为 ltc4053 提供了解码功能,以使其与不同的 usb 模式 (100ma、500ma 和挂起,usb 规范 1.0 和 2.0 电源要求所要求的)相兼容。当外部控制器将mode引脚驱动为低电平时,内部电路从chp引脚提供额外的失调电流,从而将电池充电电流降至100ma以下。当mode引脚被驱动为高电平时,该失调电流源被禁用(对于500ma和挂起模式)。对于挂起模式,系统有责任不超过500μa或2.5ma,具体取决于特定的usb模式。
这种设计的一个重要特点是它适合手持设备所需的狭小空间。ltc4410 采用 thinsot 6 引脚封装,而 ltc4053 则采用耐热性能增强型 10 引脚 msop 封装。这两款器件都不需要反向电流阻断二极管,并且系统需要的外部元件非常少。
ltc4410 usb 电流比较器输出 (usbp) 驱动一个外部 p 沟道 mosfet 的栅极,以便在存在一个有效的 usb 电压时断开电池与 usb 系统的连接。这使得设备在连接到usb端口时能够运行,而不管电池的状态如何(甚至是没电的电池)。拔下usb电缆后,系统将恢复为使用电池运行。
优先电池充电
ltc4410 在非 usb 应用中也很有用。一个典型的例子是墙上适配器供电的手机充电座,它有两个插槽,一个用于手机,一个用于备用电池。这里的挑战是尽可能快地为两块电池充电,同时优先考虑其中一块电池的充电。当手机和备用电池都在充电座中时,手机中的电池会利用墙上适配器的所有可用电流充电得更快。当手机中的电池接近完全充电并且其当前需求减少时,备用电池开始充电。
图2所示电路可应对这一挑战。优先充电器的电流流过 ltc4410。等于(优先充电器电流)/1000 的复制电流从 ltc4410 chp 引脚流入电池充电器 2 prog 引脚,从而将非优先充电器电流降至零。当 bat 1 接近完全充电时,优先充电器会降低流向电池的电流,从而降低流出 chp 引脚的电流,允许第二个电池充电。有关完整的电池充电器周期,请参见图3。
图2.使用墙上适配器优先为双电池充电。
图3.电池充电周期与优先双电池充电器如图2所示。
r型进度每个充电器的电阻为2kω,相当于750ma的电池充电电流,这是墙上适配器的额定电流。ltc4410 上不使用 mode 和 usbp 引脚。mode 引脚连接高电平,在 usbp 引脚保持打开状态时禁用其功能。选择 ltc4053 上的定时器电容器,使得 bat 1 的定时器为 3 小时,而 bat 2 的定时器为 4.5 小时。
结论
ltc4410 和 ltc4053 提供了一种完整而紧凑的解决方案,用于通过一根 usb 电缆为电池充电,或优先于从标准墙上适配器为两节电池充电。


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