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2024年6月27日发(作者：)

电源路径的有效管理提高开关充电器的利用效率

随着智能手机、平板电脑和摄像机等便携设备的不断普及，人们对电源的要

求以及对边充电边使用这些设备的能力的要求与日俱增。更高的功率要求增加了

对具有高功率密度和优异充电能力的电池的需求。目前，锂离子（Li-ion）电池

和锂聚合物（Li-po）电池最适合当前市场对功率密度、充电能力和价格的要求。

但是，有别于铅酸、镍氢等其他流行的电池技术，锂电池技术的性能也最不稳定：

锂电池充放电若管理不善，将导致充电时间长、耗散功率高、效率低和电池寿命

比平均寿命低等问题。图1显示了典型锂离子电池的充电曲线。

传统充电器相对简单，这些充电器在小功率应用中表现较好。然而，它们却不能

有效地适应充电曲线的变化，比如，用户在不同电源之间切换或者在充电期间操

作设备。另外，传统充电器在大功率和大电流应用中，通常效率较低，耗散功率

较大。

图1：典型锂离子电池的充电曲线

新型线性和开关充电器，比如芯源系统（MPS）公司的MP2600系列，采用电源

路径管理技术改变了充电曲线，从而能够以更低的耗散功率更加高效地为电池/

系统供电。同时，这些充电器也使系统的安全性和电池的使用寿命得到提高。

电源管理拓扑种类繁多，本文则重点介绍以下三种：电池馈电、自动选择和动态

电源路径。

电池馈电拓扑

电池馈电拓扑是一种实现过程最简单、成本最低的拓扑，这是因为其电路由充电

器、电池和系统组成，如图2所示。

图2：电池馈电拓扑原理图及信号图

这种拓扑有三个主要特性：无论供电电压如何变化，系统电压始终等于电池电压，

电源系统始终优先，以便IBATT ￡ ICHG，并且ICHG最终限制由输入电源提

供给系统电源总线的最大功率。当系统与充电器断开时该拓扑还可以实现最小的

耗散功率，设置ICHG从根本上限定了总输入电流，这样，随着系统电流（ISYS）

的增加，充电电流（IBATT）将等额下降，工作波形如图2所示。

遗憾的是，这种拓扑有如下不足之处，从而限制了它在更广应用领域的效率和效

用：

在电池电压太低的情况下，系统无法工作。电池电压跌至涓流充电门限以下时，

充电器将把总的输出电流限制得很低。系统的额外电源需求将由电池来补充，从

而导致电池能量进一步耗尽。由于系统电压始终等于电池电压，一旦电池电压低

到系统最低工作电压以下，系统将停止工作。

虽然电池已具有满电量，但是充电器无法进入EOC（结束充电）状态。如果ISYS

超过电池满电量门限（IBF），那么ICHG就无法降到低于IBF，充电状态始终显

示正在充电，即使电池已经具有满电量。

电池无法充满。由于系统优先于电池供电，因此电池只能以低电流进行充电。此

外，充电器只能在预期的有效充电时间内工作，这样可以避免给坏电池充电。如

充电时间超出此时间段，会导致充电器误判坏电池而停止充电。

电源路径自动选择拓扑

电源路径自动选择拓扑在电池直接搭载拓扑基础上外加了两个开关管，使得系统

电源可以根据输入电压的变化在适配器和电池之间来回切换。拓扑结构及工作波

形如图3所示。

本文标签： 电池充电系统拓扑电源

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