降压-升压器件可延长电池寿命

德州仪器 BQ25790 和 BQ25792 是两个降压-升压型电池充电器集成电路，它们集成了适当的电源管理，提供最大的功率密度和高达 97% 的通用快速充电效率。

新的 BQ25790 和 BQ25792 解决方案支持低静态电流，并提供为 USB Type-C 的整个输入电压范围（3.6V 至 24V）内从一到四节串联电池和高达 5A 的充电电流充电的灵活性， USB PD 和无线应用。这些新解决方案适用于小型个人电子设备、便携式医疗设备和楼宇自动化应用。

“USB-Type-C / PD 适配器越来越受欢迎，正在成为一种通用充电标准。BQ25790 和 BQ25792 的高功率密度性能可以帮助设计工程师利用来自 USB-PD 的更高输入功率，并为不同 （1-4s） 电池配置提供灵活性，”德州电池管理解决方案产品线经理 Samuel Wong 说道仪器。

快速充电

有限的电池寿命会损害智能手机用户的自主权。尽管它们的尺寸很大，但最新的智能手机电池非常出色，但无论它们多么重要，它们的尺寸仍然有限。制造商试图让手机越来越节能，但这些手机一直被用于越来越耗电的应用。结果是，如果只充电一次，您的电池通常不会持续到晚上。

快速充电允许您使用一些技术技巧快速恢复设备的电池寿命。用于快速充电的电池充电器也作用于电压值，以显着增加功率输出。

充电标准是化学和物理的复杂组合，由于每个标准都有其局限性，不兼容本身可能是一个问题。当电流流过智能手机电池时，它们会充电。更高的电流和更高的电压可以更快地为电池充电，但它们的容量有限。充电调节器 （IC） 通过调节流入和流出电池的整体电流来防止危险的电流浪涌。

USB Type-C 供电 （USB PD） 为各种应用中的快速高效充电提供了有用的替代方案。USB PD 的输出电压范围可针对具有不同电池配置的不同电池供电设备进行调整，以利用 USB PD 的 5 W 至 100 W （20 V / 5 A） 功率谱。

TI 的升降压 IC

通用充电允许从汽车适配器或 USB-PD 适配器充电，为各种设备带来新的灵活性和便利性，尤其是在医疗领域。双向充电加强了移动充电 （OTG）。

设计人员正在寻找能够延长电池运行时间、利用最大容量、同时有效充电和减少散热以最大限度减少充电器 IC 内的功率损耗以满足消费者期望的解决方案。

全新 TI 集成降压-升压充电器 IC 系列（包括 BQ25790 和 BQ25792）使用 USB PD 输入在 3.6V 至 24V 输入电压范围内为 1S 至 4S 电池充电时具有更大的灵活性。这些器件使用功耗极低的充电 IC 来延长运行期间的电池运行时间，并在不使用应用程序时尽可能节省电池电量。除了超低功耗外，充电器还有一个充电定时器，允许在正常充电周期以上进行额外充电，从而使电池达到最大容量充电。

BQ25790 和 BQ25792 是多节降压-升压充电器，静态电流小于 1µA。结合 8 mΩ 的极低电池 FET 电阻，工程师可以进一步最大限度地延长电池工作时间，以满足需要额外工作时间的应用（图 1）。

图 1：BQ25790 框图

“便携式电子设计中的静态电流存在两个主要挑战。Samuel Wong 说，第一种静态电流是关断模式，可在设备运输和储存期间延长保质期。他继续说道，“BQ25790 和 BQ25792 提供低至 0.6uA 的关断模式。关断模式不仅最大限度地减少了 IC 电流消耗，而且还完全切断了系统与电池的连接，从而避免了系统功耗。因此，允许电池保持满容量数月。第二种静态电流是用于为系统供电的电池模式。这些升降压电池充电器最大限度地减少了 IC 消耗的电流，以提供更长的运行时间。”

新型升降压充电器完全集成了以下组件：金属氧化物场效应半导体开关晶体管 （MOSFET）、电池 FET、电流感应电路和双输入选择器开关。组件数量的减少对于智能扬声器等应用特别有价值，随着市场采用率的提高，这些应用的尺寸更小，价格也更低。

“组件集成总是在面积、成本和性能方面进行权衡。BQ25790 和 BQ25792 分别在 《10mm2 （WCSP） 或 16mm2 （QFN） 封装内集成了四个降压-升压转换器 MOSFET、一个电池 FET 和两个电流检测电阻器。这将解决方案尺寸显着缩小了 50% 以上，从而使 PCB 占位面积的功率密度增加了一倍。凭借我们的高效电源转换器和创新封装，充电器支持高达 155mW/mm2。小型集成解决方案不仅提高了功率密度，而且还通过简单的设计和最小的 BOM 提供了更好的用户体验，”Samuel Wong 说。

近年来，升降压充电器越来越受欢迎，因为它能够从几乎任何输入源为电池充电并满足 Type-C 和 PD USB 适配器的需求。广泛采用 USB Type-C 的一个关键优势是通向通用适配器和相应减少电子垃圾的现实途径。高功率密度升降压充电器不仅应集成通用功能充电块，还应集成其他功能，例如 DC/DC 转换器，以简化系统设计。图 2 显示了 USB PD 充电解决方案的系统框图。

图 2：USB PD 充电解决方案的框图

当适配器不存在时，DC/DC 转换器对电池进行放电以产生 VBUS 稳压并为外部设备供电。在没有适配器的情况下，放电电源路径中的背靠背 MOSFET 将打开，将输出电压 U3 切换到 VBUS 并保持 VBUS 电压。这使 DC/DC 转换器始终处于开启状态。

图 3：完全集成的升降压充电

图 3 所示的完全集成的升降压充电器可以简化 USB PD 充电解决方案的系统范围设计。外部背靠背 MOSFET 集成到充电器中，作为输入过压和过流保护电路、控制逻辑和驱动电路的一部分。这些特性消除了框图中支持输入电源路径管理和输入电流检测的单元。

图 4：单个升降压充电器实现的 USB Type-C FRS

图 5：从 VBUS 接收器到 VBUS 源的降压-升压充电器 FRS

集成升降压充电器实现了一种新的备份模式，可以监控 VBUS 电压；VBUS 电压降至预设阈值以下表示移除适配器，以支持 Type-C USB 端口的 FRS。快速角色交换 （FRS） 是 USB PD 3.0 的一项重要新功能，提供电源的设备可以快速更改其电源角色，成为能源消耗者，以保持一致的数据连接。FRS 有助于防止在突然电源浪涌影响流入设备的电流时可能发生的任何数据丢失（图 4 和 5）。

审核编辑：郭婷