全新 USB-C 應(yīng)用的電池充電

USB Type-C 充電越來越受到消費(fèi)者的歡迎，因?yàn)樵谠S多家居用品中使用同一根 USB Type-C 線會(huì)很方便。USB Type-C 甚至在不斷擴(kuò)展，以支持電動(dòng)工具和電動(dòng)自行車等更高功率的應(yīng)用。如圖 1 所示，雖然 USB Type-C 用于支持標(biāo)準(zhǔn)功率范圍 (SPR) 高達(dá) 100W 的功率，但它現(xiàn)在可支持?jǐn)U展功率范圍 (EPR) 高達(dá) 240W 的功率。

為了能夠從包括 SPR 和 EPR 在內(nèi)的不同類型的 USB Type-C 源獲取電荷，隨之而來的難題就是設(shè)計(jì)一款可支持 USB Type-C PD EPR 整個(gè)電壓范圍的應(yīng)用。想象一個(gè)使用五節(jié)鋰離子 (Li-ion) 電池和 USB Type-C 輸入設(shè)計(jì)的吹葉機(jī)。由于電池是鋰離子電池，因此每個(gè)電芯的完全充電電壓為 4.2V，這意味著充滿電時(shí)的電池包 (V_BATT) 電壓為 21V。吹葉機(jī)的所有者可以使用許多 USB 壁式適配器，但對(duì)于此示例，假設(shè)它們具有 45W 或 140W USB Type-C 壁式適配器，這意味著電池充電器的輸入電壓 (V_IN) 可以是 15V 或 28V?，F(xiàn)在的問題是如何滿足這些要求：

• 當(dāng) V_IN > V_BATT 或 V_IN < V_BATT 時(shí)為電池充電。
• 盡快為電池充電，以更大程度地縮短充電時(shí)間。
• 在充電過程中使吹葉機(jī)保持低溫，以防止過熱。
• 在具有不同電池節(jié)數(shù)的不同平臺(tái)上使用一個(gè)充電器 IC。

可滿足每個(gè)要求的元件是具有外部開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (FET) 的降壓/升壓電池充電控制器。充電器的降壓/升壓部分有助于滿足使 V_IN > V_BATT 或 V_IN < V_BATT 的第一項(xiàng)要求。在圖 2 中所示的配置中使用四個(gè) FET 和一個(gè)電感器，當(dāng) V_IN > V_BATT 時(shí)，電池充電器可在降壓模式下工作（如圖 3 所示），當(dāng) V_IN < V_BATT（如圖 4 所示）時(shí)，電池充電器可在升壓模式下工作。

外部 FET 有助于滿足第二項(xiàng)要求。選擇外部 FET 可提高熱性能，并有助于縮短充電時(shí)間，同時(shí)提高充電電流能力。此外，外部 FET 提供了更大的區(qū)域以便在充電期間進(jìn)行散熱。由于這些原因，外部金屬氧化物半導(dǎo)體 FET 降壓/升壓電池充電器使應(yīng)用能夠處理新的 USB PD EPR 級(jí)別，并有助于提供快速充電體驗(yàn)。