电源小白入门学习7——USB充电、供电、电源路径管理

2024-05-06 22:28

本文主要是介绍电源小白入门学习7——USB充电、供电、电源路径管理,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

电源小白入门学习7——USB充电、供电、电源路径管理

  • USB充电系统需要考虑的因素
  • 开关充电和线性充电
  • 充电路径管理
  • 输入限流路径管理(动态功率管理)
  • 理想二极管帮助提高电池利用率
  • 输入过充抑制

上期我们介绍了锂离子电池的电池特性,及充电电路设计,本期我们学习USB充电的相应知识

USB充电系统需要考虑的因素

USB(Universal Serial Bus,通用串行总线)是一种用于连接计算机及外部设备的通用接口标准。USB接口广泛应用于各种设备之间的数据传输和充电。以下是USB接口的一些主要特点和应用:

  1. 通用性: USB接口是一种通用标准,几乎所有现代计算机和设备都支持USB接口,这使得USB成为连接各种设备的首选方式,包括键盘、鼠标、打印机、摄像头、存储设备、移动电话等。
  2. 热插拔: USB接口支持热插拔功能,用户可以在设备运行的情况下插入或拔出USB设备,而无需重新启动计算机或设备。
  3. 高速传输: USB接口提供了多种传输速率的规范,包括USB 2.0、USB 3.0、USB 3.1和USB 3.2等。其中,USB 3.x系列接口具有较高的数据传输速率,可满足大容量数据传输的需求。
  4. 充电功能: USB接口通常也用于设备的充电,例如智能手机、平板电脑、便携式音频设备等。USB充电标准包括USB BC(Battery Charging)、USB PD(Power Delivery)等,可以提供不同功率的充电输出,支持快速充电功能。
  5. 多种形态: USB接口有多种形态,包括USB Type-A、USB Type-B、Micro USB、Mini USB、USB Type-C等。USB Type-C接口是一种较新的标准,具有可逆插头设计、支持高速数据传输和功率传输等特点,被越来越多的设备采用。

总的来说,USB接口作为一种通用的连接标准,具有广泛的应用领域和丰富的功能,成为了现代计算机和设备之间数据传输和充电的重要方式。
在这里插入图片描述

不管是在日常使用还是在电子电路的设计中,USB的使用都非常广泛,但是随着USB接口的不断发展,各种接口之间需要有兼容性,最主要体现在限制输入电流上。

除此之外,还需要注意以下几个部分:

  • 安全方面,需要对电池温度、充电电流和电压进行控制
  • 充电效率,在电池缺电的情况下,提高充电效率,减短充电时间
  • 快速开机,做好路径管理,在电池过放的情况下也能开机
  • 长时间运行,能够充分利用电池容量

开关充电和线性充电

不同的使用场景和设计需求会用到不同的充电方案,主要的方案是开关充电和线性充电,两者特点如下:

  • 线性充电:充电电流小,效率低,容易发热,但是设计简单,成本低,尺寸可以做的很小,可以在一些对体积要求很小的场合。
  • 开关充电:充电电流比线性充电大,同时效率更高,可以用在快充的场合,但是设计复杂,尺寸比线性充电大,成本也更高。

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充电路径管理

我们先来看一下不带充电路径管理的情况:
在这里插入图片描述
如图是没有充电路径管理的,具有一下缺点:

  • 系统电压总是等于电池电压,对于过度放电的电池,插入充电器不能立马开机,需要等电池充了一部分电才能开启,
  • 充电电流 = 系统电流 + 电池电流 ,如果充电电流 > 充电截止电流,电池就会一直充电。(很显然,系统运行的时候,充电电流 > 充电截止电流会一直成立,电池会一直充电,这是很危险的行为)。

我们再来看一下有充电路径管理的情况:
在这里插入图片描述
这个就是带充电路径管理的,对比于没有的情况,有以下优点:

  • 系统电压独立于电池电压,即使过放的电池,插电也能立即开机。
  • IBAT独立控制,即使有系统电流的情况下,电池可以正常充满,并停止充电。

输入限流路径管理(动态功率管理)

顾名思义,就是限制输入电流的大小。前面讲到,不同的USB接口,能够提供的功率是不一样的,输入限流路径管理,就很好的解决了不同USB接口的兼容性问题。

输入限流路径管理有以下两种工作模式:

  • 当系统负载较小,多余的电流给电池充电;
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  • 当系统负载较大,多余的电流由电池补充;
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理想二极管帮助提高电池利用率

前面讲到带有充电路径管理的充电方案,系统电压和电池电压是独立的,一般会通过如下方式连接:
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  • 通过一个外置的mos管来将电池电压和系统电压隔开,
  • 放电时:系统电压 = 电池电压 - mos管压降
  • mos管的导通电阻越小,mos管压降越小,由于系统电压一般不变,电池可以放电越多,提高电池利用率。

输入过充抑制

在这里插入图片描述
总结:就是在电容的选取上,选择系统电压两倍以上耐压值的电容,这样可以避免输入过充电压对电容的顺坏。其他元件同理。

这篇关于电源小白入门学习7——USB充电、供电、电源路径管理的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



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