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TI独特的ICO算法助力新一代可支持USB Type-C和USB 电力输送的电池充电控制器

关键词:USB Type-C USB 电力输送电池充电控制器 转接驱动器

时间:2017-08-04 09:02:48       来源:中电网

现今的电子产品拥有种类繁多的接口,这种碎片化的现状,给人们的生活带来诸多不便。为此,业界达成共识,如果把不同的外设,不同的终端,如手机、笔记本、充电宝、充电器,包括无人机等,此类接口标准统一化,不但可以提高效率,同时在推动绿色环保方面也将做出很大的贡献。USB Type-C大家并不陌生,它支持正反插、在传输速度和性能上都得到很大的提升,为不同的运算和个人电子便携产品带来电力传输工具,且支持数据和视频传输。顺理成章,USB Type-C的出现有望担当起此重要角色。

德州仪器(TI)在USB领域已经深耕20多年,提供着目前业界最广泛的USB应用组合,其中包括集线器控制器、转接驱动器、开关、实体层(PHY) 产品、针对USB 2.0,3.0 和 3.1 的桥接和充电控制器。正在引领USB创新的TI公司近期全新推出单芯片升降压1~4 节电池充电控制器bq25703A和bq25700A,全面支持USB Type-C™ 和USB PD,将其应用于超级本和笔记本电脑、手持终端设备、移动电源、工业和医疗设备、便携设备等等。

TI电池管理产品中国市场和应用部门经理文司华博士表示:” bq25703A是TI第一次发布的跨界产品。可利用USB Type-Cтм或USB PD 实现不同界面、不同串数电源之间的转换,这款创新产品的发布对TI来讲意义重大。”


图1 TI 电池管理产品中国市场和应用部门经理文司华博士

bq25703A和bq25700A四大优势

此次TI推出的充电控制器分别为bq25703A和bq25700A,据文博士讲,一方面这两款产品具有业界最高效率,另一方面能够最大化提升输入功率。唯一的差别是,前者为I2C的通讯方式,被大量的消费类产品所应用;后者为SMBus通讯方式,广泛应用在笔电行业中,其四大优势文博士也做了进一步解释:

一、灵活的输入源

可支持广泛的输入电源,包括各式充电适配器、USB PD电源等,目前市场通用适配器可调电压范围在5-12V或20V电压内。而bq25703A/700A可提供3.5V-24V宽泛的输入电压范围。此外,还允许设计人员使用多个端口,例如USB2.0/3.0,或Type-C。

二、宽泛的USB OTG(On-the-Go)输出兼容性

OTG又称输出兼容性,是个反向的过程。 OTG的模式能够通过手机或笔记本电池把电压输出到外接U盘充电,TI的这款控制器能够支持5V到20V的输入就绪设备。支持非常强有力的电路,最大输出能力超过100W。

三、不同模式之间的无缝转换

高效率、可在不同模式之间做无缝转换,是此两款芯片最大的优点。文博士介绍,TI实测,在2-3A,3串应用情况下,此充电控制器可以做到97%以上的转换效率,相比业界最高水平高出4%,确保在1-4串间升、降压的输出转换,热损耗可降低50%到60%。

四、紧凑型的配置

此控制器简化了外部电源设计。传统的方案有降、升压两个电感,而bq25703A/700A只需一个电感,封装自然变小。另外在软件、在产品智能型的检测功能上,都能够带来更加紧凑的适配器设计。


图2 bq25703A和bq25700A的优势及应用

什么是输入电流优化(ICO)

TI的这款充电控制器运用了全新的高级电池算法ICO,可通过最大功率点跟踪技术使电池充电智能化,实现全功率输出。此独特算法可自动检测输入功率的最大容量以优化电流,同时保持系统和充电电流的一致性,以确保利用最大输入功率。

文博士以一个应用在无人机上的升降压充电器为例,大家都知道无人机对电力要求相当苛刻,一般情况,无人机的飞行时间约在30分钟左右,外加其它负载,比如摄像头或专业相机等,飞行5分钟就需要更换电池。为此,用户会准备多块电池以备用。但通常定制的适配器只能为固定电池串数的电池包充电。而Type-C接口的适配器,可为不同串数的电池充电,25703A/700A正是如此。其次在性能效率和功耗上,25703A/700A都有优秀的表现,内置的ICO功能可提升充电效率,还可以检测各种适配器的电流能力,确保设备正常运行。在-40℃到85℃的极宽温度范围下25703A/700A的充电电压精度在预设值的±0.6%,极大提升了充电性能以及提供安全保证。

下图可以清楚的了解到ICO的工作原理:绿线为TI的VBus,接入电池后开始充电,此时ICO模式作为较小的电流监测。当电流逐渐上调后,VBus电压下掉,同时保持在此模式下。这时,VEDPM模式启动,但此时的适配器事实上已经过载,由于VEDPM功能的保护,适配器在发烫的情况下仍在工作。通过ICO的监测和优化后,适配器脱离过载状态,可实现安全运行。


图3 ICO原理展示

多年来,TI之所以能为户提供高效、持久、安全的电池应用,离不开技术专家的贡献,笔者还了解到,TI这家公司约有二百多位电池专家,其中不乏电池算法或化学方面的顶尖专家,能够应对任何电池设计挑战。

其次TI拥有先进的电池算法、创新的充电技术,支持任何电池供电要求,使用户实现更加便捷快速的充电体验。在延长电池续航时间的同时,还提高了电池的安全性。

另外,在设计工具上,TI力求通过各种设计套件,参考设计,包括软件的支持,来帮助客户化繁为简,并缩短上市时间。

 

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