关于充电IC适应各种适配器的研究和介绍

最近我的个人用品坏了两件，其一是电动剃须刀，那是我在一次搭乘吉祥航空的班机时买的；另一件是智能手环，春节前参加代理商的年终晚宴时收到的礼物。他们的共同特征都是不能再充电了，我就看着它们把剩余的电量耗尽，一点办法都没有。剃须刀的故障是一次性出现的，智能手环则经历了一段时间的折腾，它在失效的过程中偶尔又能再被充电。除了不能充电以外，这两件电子产品的其他部分都没有任何问题被我遇到，但是我又没有办法拆了它们进行维修，实在是觉得可惜。麻烦的是手环的使用让我习惯了从手腕上获得时间信息，于是我又买了一只智能手表，用着它的时候还时不时地想想会不会哪一天又充不进去电了。当我写到这里的时候，自然地想到收到礼品到底是不是好事呢？这还真是不好说，一切都是因缘决定的，而自己串习的结果又让因缘的影响被加大，人生中不由自主的状况真的很多，但以此例来说问题真的不是出在收到礼品上，否则就会误会了他人的好意，我们在寻找问题根源时千万不能找错了对象。
现在市面上可以遇见的适配器可多了，看起来样子相似的东西不一定就是你的设备正好需要的。专业的人士在连接两台设备时会去考察它们的参数是否相符，但是普通人就不会有足够的常识可以支持他去这么做，很多忘了本专业的基本知识的电子人也会有很多错误的玩法，而现实可能与他们的想象差距甚远，所以，在选用充电IC的时候选用足够强大的器件还是很有必要的，因为它们是便携设备在第一时间与外界接触的部分。
连续几期文章谈到锂离子电池大电流充电IC RT9466，不知你是否去阅读过它的规格书呢？其中有没有什么东西是你不曾注意到的呢？下面谈的这些内容很可能就是你不会注意到的，但是作为系统工程师却必须予以考虑。
RT9466正常工作的输入电压范围是4V-14V，如果输入电压过高，它将以过压保护的方式将输入电路截断，保护内部电路和它后面的系统避免因高电压而造成损坏；如果输入电压过低，欠压闭锁的功能就会发生作用，芯片内部的电路不会进入工作状态，避免不正常的状态出现。但是现实中的外部供电设备有可能会出现电压正常但供应不了电流的状况，这种情况就需要用全新的方式来处理了，这种方式就是开机时的适配器检测功能。
如果适配器供应不了足够的电流供负载使用，它的输出电压就会在负载电流出现时下降。利用这一特性，我们可以在开机启动阶段给输入端添加一个电流吸入过程，再对输入电压进行检测，如果发现输入电压因此电流的出现而出现了下降并低于某个阈值，就可判定此适配器是坏的，因而就不需要再进入工作状态了，同时还可以把这一状态通过通讯电路提供给系统或是通过指示灯等表现出来，最后再让用户根据自己的判断进行处理。

在RT9466的规格中，这个电流源所提供的电流并不大，只有50mA。它持续的时间也不长，30ms，但在一般情况下，这就已经足够了，只要在此期间发现输入电压低于3.8V，它就会把该适配器判定为不合格，不会进入后续的充电进程。这里提到的几个参数表现在RT9466的规格书中，如下表所示：

这些内容在规格书中并无文字进行说明，但是如果你足够仔细，同时又知道或是能想到实现这一功能的方法是什么，参数表中的数据就容易被读懂了。读懂了这些，表中还剩下一行信息是关于VBUS Bad Adapter Hysteresis的，它所表达的又是什么意义呢？这个问题读者可以自己思考一下，思考时请别忘了把实际中可能遇到的现象罗列出来，它们对于理解参数有重要的意义。
上述情形中，50mA的电流就能判断出适配器是坏的，那是因为这些适配器的负载能力实在是太低了，相当于它们只能空载而不能带负载，但在多数情况下可能不是这样。实际上，考虑到RT9466具有5A的充电能力，当以这样的电流为4V的电池充电时，其输入功率必然是大于20W的（按100%效率算就是20W），如果适配器输出电压为5V，其负载能力就必须高于4A。假如某只适配器只有1A的负载能力，与RT9466搭配起来的系统将会如何表现呢？
要让1A负载能力的适配器输出4A电流，这实际上是一个不可能完成的任务，输出电压必将急剧降低，设计完善的电源通常就会进入过流保护状态了，也就是说其输出将会被截止，因而设想中的充电任务就无法完成，这很显然是不理想的状态，RT9466一定不会这么干。
那么它会怎么做呢？我们的设计师可以在这个时候给RT9466一个指令：你的目标输出电流是5A，只要有可能你就要这么做，但是你要确保输入电压不会低于某个值，就定在4.5V吧！然后RT9466就会开始按照5A输出电流的目标开始进行调节，当它发现输入电压低到了4.5V时，它就会自动把输出电流降下来，使得输入电压可以稳定在4.5V的目标值上，从而就实现了适配器不会崩溃、充电速度又最大化了的目标，真可谓是一举两得，皆大欢喜。
上述自动调整输入电压的功能被称为MIVR，是Minimum Input Voltage Regulation的首字母缩写，是近几年才出现在充电IC中的新方法，早期的IC并无这一功能。对于RT9466来说，这个参数调整的范围很大，在3.9V-13.4V之间，步进间距为0.1V，几乎可以适应于绝大部分应用场合了。这个功能还是可选的，是否使用取决于用户的需要，这一切都可以通过写入寄存器的数据来进行选择，该寄存器的定义如下表所示：

将指令数据写入RT9466寄存器的渠道是I2C接口，一般的MCU实现这个连接是非常容易的，写入过程也非常简单，软件工程师可以很容易地实现这一过程。
控制目标是锂离子电池充电的RT9466除了能完成输入电压的调整，其实也能完成输入电流的调整，这在某些场合会显得非常重要，例如需要通过USB接口从PC主机取电的时候。
2.0版的USB接口最大容许的设备吸取电流是500mA（枚举完成前为100mA），3.0版的规范把这个数据调整到了900mA，BC1.2把专用充电器的最大电流设定为1.5A。到了Type-C接口以后，电流数据继续放大到3A。假如实施USB PD规范，最大电流就到了5A。一个好的设备要面对这么多不同的规格，自然就要有适当的措施，否则就不能实现相应条件下的充电速度最大化，同时还能通过USB-IF的规范符合性认证测试。由于适应USB接口的电流限制是比较常见的需求，RT9466就设定了几种专用的USB接口模式以分别适应100mA、500mA、1A、1.5A等电流限制需求，同时又可以通过外部电阻以及内部寄存器进行电流限制设定，以便分别满足各种不同条件下的需求，用户在使用时可以通过寄存器中的选项来分别选用。
上述输入电流调整的目标是将输入电流最大化，但又不能超过电流限制阈值，可是电流的波动对前端电源的影响其实是不大的，所以调整的目标其实是平均输入电流，因而其英文定义为Average Input Current Regulation，简称AICR。