關(guān)于充電IC適應(yīng)各種適配器的研究和介紹

最近我的個(gè)人用品壞了兩件，其一是電動(dòng)剃須刀，那是我在一次搭乘吉祥航空的班機(jī)時(shí)買的；另一件是智能手環(huán)，春節(jié)前參加代理商的年終晚宴時(shí)收到的禮物。他們的共同特征都是不能再充電了，我就看著它們把剩余的電量耗盡，一點(diǎn)辦法都沒有。剃須刀的故障是一次性出現(xiàn)的，智能手環(huán)則經(jīng)歷了一段時(shí)間的折騰，它在失效的過程中偶爾又能再被充電。除了不能充電以外，這兩件電子產(chǎn)品的其他部分都沒有任何問題被我遇到，但是我又沒有辦法拆了它們進(jìn)行維修，實(shí)在是覺得可惜。麻煩的是手環(huán)的使用讓我習(xí)慣了從手腕上獲得時(shí)間信息，于是我又買了一只智能手表，用著它的時(shí)候還時(shí)不時(shí)地想想會(huì)不會(huì)哪一天又充不進(jìn)去電了。當(dāng)我寫到這里的時(shí)候，自然地想到收到禮品到底是不是好事呢？這還真是不好說，一切都是因緣決定的，而自己串習(xí)的結(jié)果又讓因緣的影響被加大，人生中不由自主的狀況真的很多，但以此例來說問題真的不是出在收到禮品上，否則就會(huì)誤會(huì)了他人的好意，我們?cè)趯ふ覇栴}根源時(shí)千萬不能找錯(cuò)了對(duì)象。
現(xiàn)在市面上可以遇見的適配器可多了，看起來樣子相似的東西不一定就是你的設(shè)備正好需要的。專業(yè)的人士在連接兩臺(tái)設(shè)備時(shí)會(huì)去考察它們的參數(shù)是否相符，但是普通人就不會(huì)有足夠的常識(shí)可以支持他去這么做，很多忘了本專業(yè)的基本知識(shí)的電子人也會(huì)有很多錯(cuò)誤的玩法，而現(xiàn)實(shí)可能與他們的想象差距甚遠(yuǎn)，所以，在選用充電IC的時(shí)候選用足夠強(qiáng)大的器件還是很有必要的，因?yàn)樗鼈兪潜銛y設(shè)備在第一時(shí)間與外界接觸的部分。
連續(xù)幾期文章談到鋰離子電池大電流充電IC RT9466，不知你是否去閱讀過它的規(guī)格書呢？其中有沒有什么東西是你不曾注意到的呢？下面談的這些內(nèi)容很可能就是你不會(huì)注意到的，但是作為系統(tǒng)工程師卻必須予以考慮。
RT9466正常工作的輸入電壓范圍是4V-14V，如果輸入電壓過高，它將以過壓保護(hù)的方式將輸入電路截?cái)?，保護(hù)內(nèi)部電路和它后面的系統(tǒng)避免因高電壓而造成損壞；如果輸入電壓過低，欠壓閉鎖的功能就會(huì)發(fā)生作用，芯片內(nèi)部的電路不會(huì)進(jìn)入工作狀態(tài)，避免不正常的狀態(tài)出現(xiàn)。但是現(xiàn)實(shí)中的外部供電設(shè)備有可能會(huì)出現(xiàn)電壓正常但供應(yīng)不了電流的狀況，這種情況就需要用全新的方式來處理了，這種方式就是開機(jī)時(shí)的適配器檢測(cè)功能。
如果適配器供應(yīng)不了足夠的電流供負(fù)載使用，它的輸出電壓就會(huì)在負(fù)載電流出現(xiàn)時(shí)下降。利用這一特性，我們可以在開機(jī)啟動(dòng)階段給輸入端添加一個(gè)電流吸入過程，再對(duì)輸入電壓進(jìn)行檢測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)輸入電壓因此電流的出現(xiàn)而出現(xiàn)了下降并低于某個(gè)閾值，就可判定此適配器是壞的，因而就不需要再進(jìn)入工作狀態(tài)了，同時(shí)還可以把這一狀態(tài)通過通訊電路提供給系統(tǒng)或是通過指示燈等表現(xiàn)出來，最后再讓用戶根據(jù)自己的判斷進(jìn)行處理。

在RT9466的規(guī)格中，這個(gè)電流源所提供的電流并不大，只有50mA。它持續(xù)的時(shí)間也不長，30ms，但在一般情況下，這就已經(jīng)足夠了，只要在此期間發(fā)現(xiàn)輸入電壓低于3.8V，它就會(huì)把該適配器判定為不合格，不會(huì)進(jìn)入后續(xù)的充電進(jìn)程。這里提到的幾個(gè)參數(shù)表現(xiàn)在RT9466的規(guī)格書中，如下表所示：

這些內(nèi)容在規(guī)格書中并無文字進(jìn)行說明，但是如果你足夠仔細(xì)，同時(shí)又知道或是能想到實(shí)現(xiàn)這一功能的方法是什么，參數(shù)表中的數(shù)據(jù)就容易被讀懂了。讀懂了這些，表中還剩下一行信息是關(guān)于VBUS Bad Adapter Hysteresis的，它所表達(dá)的又是什么意義呢？這個(gè)問題讀者可以自己思考一下，思考時(shí)請(qǐng)別忘了把實(shí)際中可能遇到的現(xiàn)象羅列出來，它們對(duì)于理解參數(shù)有重要的意義。
上述情形中，50mA的電流就能判斷出適配器是壞的，那是因?yàn)檫@些適配器的負(fù)載能力實(shí)在是太低了，相當(dāng)于它們只能空載而不能帶負(fù)載，但在多數(shù)情況下可能不是這樣。實(shí)際上，考慮到RT9466具有5A的充電能力，當(dāng)以這樣的電流為4V的電池充電時(shí)，其輸入功率必然是大于20W的（按100%效率算就是20W），如果適配器輸出電壓為5V，其負(fù)載能力就必須高于4A。假如某只適配器只有1A的負(fù)載能力，與RT9466搭配起來的系統(tǒng)將會(huì)如何表現(xiàn)呢？
要讓1A負(fù)載能力的適配器輸出4A電流，這實(shí)際上是一個(gè)不可能完成的任務(wù)，輸出電壓必將急劇降低，設(shè)計(jì)完善的電源通常就會(huì)進(jìn)入過流保護(hù)狀態(tài)了，也就是說其輸出將會(huì)被截止，因而設(shè)想中的充電任務(wù)就無法完成，這很顯然是不理想的狀態(tài)，RT9466一定不會(huì)這么干。
那么它會(huì)怎么做呢？我們的設(shè)計(jì)師可以在這個(gè)時(shí)候給RT9466一個(gè)指令：你的目標(biāo)輸出電流是5A，只要有可能你就要這么做，但是你要確保輸入電壓不會(huì)低于某個(gè)值，就定在4.5V吧！然后RT9466就會(huì)開始按照5A輸出電流的目標(biāo)開始進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)它發(fā)現(xiàn)輸入電壓低到了4.5V時(shí)，它就會(huì)自動(dòng)把輸出電流降下來，使得輸入電壓可以穩(wěn)定在4.5V的目標(biāo)值上，從而就實(shí)現(xiàn)了適配器不會(huì)崩潰、充電速度又最大化了的目標(biāo)，真可謂是一舉兩得，皆大歡喜。
上述自動(dòng)調(diào)整輸入電壓的功能被稱為MIVR，是Minimum Input Voltage Regulation的首字母縮寫，是近幾年才出現(xiàn)在充電IC中的新方法，早期的IC并無這一功能。對(duì)于RT9466來說，這個(gè)參數(shù)調(diào)整的范圍很大，在3.9V-13.4V之間，步進(jìn)間距為0.1V，幾乎可以適應(yīng)于絕大部分應(yīng)用場(chǎng)合了。這個(gè)功能還是可選的，是否使用取決于用戶的需要，這一切都可以通過寫入寄存器的數(shù)據(jù)來進(jìn)行選擇，該寄存器的定義如下表所示：

將指令數(shù)據(jù)寫入RT9466寄存器的渠道是I2C接口，一般的MCU實(shí)現(xiàn)這個(gè)連接是非常容易的，寫入過程也非常簡(jiǎn)單，軟件工程師可以很容易地實(shí)現(xiàn)這一過程。
控制目標(biāo)是鋰離子電池充電的RT9466除了能完成輸入電壓的調(diào)整，其實(shí)也能完成輸入電流的調(diào)整，這在某些場(chǎng)合會(huì)顯得非常重要，例如需要通過USB接口從PC主機(jī)取電的時(shí)候。
2.0版的USB接口最大容許的設(shè)備吸取電流是500mA（枚舉完成前為100mA），3.0版的規(guī)范把這個(gè)數(shù)據(jù)調(diào)整到了900mA，BC1.2把專用充電器的最大電流設(shè)定為1.5A。到了Type-C接口以后，電流數(shù)據(jù)繼續(xù)放大到3A。假如實(shí)施USB PD規(guī)范，最大電流就到了5A。一個(gè)好的設(shè)備要面對(duì)這么多不同的規(guī)格，自然就要有適當(dāng)?shù)拇胧?，否則就不能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)條件下的充電速度最大化，同時(shí)還能通過USB-IF的規(guī)范符合性認(rèn)證測(cè)試。由于適應(yīng)USB接口的電流限制是比較常見的需求，RT9466就設(shè)定了幾種專用的USB接口模式以分別適應(yīng)100mA、500mA、1A、1.5A等電流限制需求，同時(shí)又可以通過外部電阻以及內(nèi)部寄存器進(jìn)行電流限制設(shè)定，以便分別滿足各種不同條件下的需求，用戶在使用時(shí)可以通過寄存器中的選項(xiàng)來分別選用。
上述輸入電流調(diào)整的目標(biāo)是將輸入電流最大化，但又不能超過電流限制閾值，可是電流的波動(dòng)對(duì)前端電源的影響其實(shí)是不大的，所以調(diào)整的目標(biāo)其實(shí)是平均輸入電流，因而其英文定義為Average Input Current Regulation，簡(jiǎn)稱AICR。