全新 USB-C 应用的电池充电

USB Type-C 充电越来越受到消费者的欢迎，因为在许多家居用品中使用同一根 USB Type-C 线会很方便。USB Type-C 甚至在不断扩展，以支持电动工具和电动自行车等更高功率的应用。如图 1 所示，虽然 USB Type-C 用于支持标准功率范围 (SPR) 高达 100W 的功率，但它现在可支持扩展功率范围 (EPR) 高达 240W 的功率。

图 1 USB 电力输送 (PD) 范围

为了能够从包括 SPR 和 EPR 在内的不同类型的 USB Type-C 源获取电荷，随之而来的难题就是设计一款可支持 USB Type-C PD EPR 整个电压范围的应用。想象一个使用五节锂离子 (Li-ion) 电池和 USB Type-C 输入设计的吹叶机。由于电池是锂离子电池，因此每个电芯的完全充电电压为 4.2V，这意味着充满电时的电池包 (V_BATT) 电压为 21V。吹叶机的所有者可以使用许多 USB 壁式适配器，但对于此示例，假设它们具有 45W 或 140W USB Type-C 壁式适配器，这意味着电池充电器的输入电压 (V_IN) 可以是 15V 或 28V。现在的问题是如何满足这些要求：

• 当 V_IN > V_BATT 或 V_IN < V_BATT 时为电池充电。
• 尽快为电池充电，以更大程度地缩短充电时间。
• 在充电过程中使吹叶机保持低温，以防止过热。
• 在具有不同电池节数的不同平台上使用一个充电器 IC。

可满足每个要求的元件是具有外部开关场效应晶体管 (FET) 的降压/升压电池充电控制器。充电器的降压/升压部分有助于满足使 V_IN > V_BATT 或 V_IN < V_BATT 的第一项要求。在图 2 中所示的配置中使用四个 FET 和一个电感器，当 V_IN > V_BATT 时，电池充电器可在降压模式下工作（如图 3 所示），当 V_IN < V_BATT（如图 4 所示）时，电池充电器可在升压模式下工作。

外部 FET 有助于满足第二项要求。选择外部 FET 可提高热性能，并有助于缩短充电时间，同时提高充电电流能力。此外，外部 FET 提供了更大的区域以便在充电期间进行散热。由于这些原因，外部金属氧化物半导体 FET 降压/升压电池充电器使应用能够处理新的 USB PD EPR 级别，并有助于提供快速充电体验。

图 2 降压/升压充电控制器的 H 桥配置。

图 3 VIN > VBATT 时的降压模式配置。Q1 和 Q2 导通和关断，Q3 关断，Q4 导通。

图 4 VIN < VBATT 时的升压模式配置。Q3 和 Q4 导通和关断，Q2 关断，Q1 导通。