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一文了解充电器IC中的动态电源路径管理(DPPM)

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在本文中,我们将介绍一种常用的电源路径管理方案:动态电源路径管理(DPPM)。

DPPM控制环路根据输入源电流能力和负载电流水平动态调整充电电流,以实现给定源和系统负载的最小充电时间。使用DPPM,即使使用深度放电的电池,系统也可以在应用输入源后立即获得电源。还讨论了系统电压调节方法。

在具有可充电电池的移动设备中,当应用外部电源时,需要充电器IC来为电池充电。取决于电池和系统负载的连接,电池,输入源或两者可以在移动设备内提供系统负载。需要电源路径管理方案来处理这种电源选择。

动态电源路径管理(DPPM)是移动应用中最流行的电源路径管理方案。DPPM的基本功率级结构如图1所示。

 

图1. NVDC电源路径管理结构。

 

在DPPM系统中,系统负载连接到系统总线(VSYS)。VSYS可以通过电池FET从电池供电,也可以通过DC / DC转换器或LDO从输入源供电。当输入源不可用时,电池FET完全打开,因此电池为系统负载供电。

当应用输入源时,VSYS由输入DC / DC转换器或LDO调节。同时,VSYS通过电池FET为电池提供充电电流。在该充电模式中,优先考虑系统负载,剩余电量用于充电。根据输入源能力和系统负载水平动态调整充电电流,实现最短充电时间。

在上述充电过程中,如果系统负载超过输入源的功率容量,VSYS将下降。一旦VSYS降至DPPM阈值,DPPM控制环路将自动激活并降低充电电流,以防止VSYS进一步下降。此过程也称为DPPM模式。

在DPPM模式下,如果充电电流减小到零,并且系统负载仍然超过输入功率能力,则VSYS继续下降。一旦VSYS降至电池电压(VBAT)以下,电池就会通过电池FET为VSYS供电。这称为补充模式。在补充模式下,输入源和电池同时为系统供电。

在进入补充模式之前,如果电池FET处于线性模式(未完全打开,例如VBAT <VSYS_MIN + DV,或启动瞬态期间),为确保补充模式的平滑过渡,理想情况下二极管模式优选用于控制电池FET。

在理想二极管模式期间,电池FET用作理想二极管。当系统电压低于电池电压40mV时,电池FET导通并调节电池FET的栅极驱动器。电池FET的电压降(VDS)约为20mV。随着放电电流的增加,电池FET获得更强的栅极驱动和更小的导通电阻(RDS),直到电池FET完全导通。当放电电流变低时,理想二极管环路产生较弱的栅极驱动和较大的RDS(ON),以在电池和系统之间保持20mV的差异,直到电池FET关闭。

DPPM模式下的VSYS调节可以灵活,具体取决于系统要求。如果从输入到系统的前端转换器是LDO,则可以将VSYS设置为特别有利于系统要求的级别。

如果从输入到系统的前端转换器是DC / DC转换器IC,VSYS通常设置为遵循电池电压以提高效率。这通常被称为窄电压DC(NVDC)。

DPPM控制有几个优点。首先,无论电池是否耗尽,系统一旦施加输入源,系统立即获得电力。其次,基于输入源和系统负载动态调整充电电流,以实现最小充电时间。

DPPM控制的限制在于确保不同操作模式之间的平滑过渡是复杂的。通常,电池FET控制需要VSYS环路,理想二极管环路,充电电压和充电电流环路。 

 

结论

通过DPPM控制,即使电池耗尽,系统也可以在应用输入源后立即获得电源。具有DPPM控制的充电器IC还可以优化充电电流,以充分利用输入源电流能力。虽然DPPM的控制很复杂,但DPPM广泛用于需要电源选择的充电器IC。