深度剖析動(dòng)態(tài)電源路徑管理

本文討論常用的電源路徑管理方案，即動(dòng)態(tài)電源路徑管理（DPPM）。DPPM控制回路可以根據(jù)輸入源的電流能力和負(fù)載電流水平動(dòng)態(tài)調(diào)整充電電流，以實(shí)現(xiàn)給定電源和系統(tǒng)負(fù)載下的最短充電時(shí)間。有了DPPM，即使電池已深度放電，系統(tǒng)也可以在接入輸入源后立即獲得電力。另外，本文還討論了系統(tǒng)電壓的調(diào)節(jié)方法。

具有可充電電池的移動(dòng)設(shè)備在使用外部電源時(shí)，需要充電器IC來為電池充電。移動(dòng)設(shè)備內(nèi)部的系統(tǒng)負(fù)載可以由電池、輸入源或兩者同時(shí)供電，具體取決于電池和系統(tǒng)負(fù)載之間的連接。而電源路徑管理方案即用來實(shí)現(xiàn)這種電源選擇。

動(dòng)態(tài)電源路徑管理（DPPM）是移動(dòng)應(yīng)用中最常見的電源路徑管理方案。DPPM的基本功率級(jí)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1：NVDC電源路徑管理結(jié)構(gòu)

在DPPM系統(tǒng)中，系統(tǒng)負(fù)載連接至系統(tǒng)總線（VSYS）。VSYS通過電池FET從電池供電，或者通過DC /
DC變換器或LDO從輸入源供電。當(dāng)輸入源不可用時(shí)，電池FET完全導(dǎo)通，由電池為系統(tǒng)負(fù)載供電。

當(dāng)接入輸入源時(shí)，VSYS由輸入DC/DC變換器或LDO調(diào)節(jié)。同時(shí)，VSYS通過電池FET向電池提供充電電流。在這種充電模式下，系統(tǒng)負(fù)載優(yōu)先供電，剩余電量用于充電。充電電流可根據(jù)輸入源能力和系統(tǒng)負(fù)載水平進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)最短的充電時(shí)間。

在上述充電過程中，如果系統(tǒng)負(fù)載超過輸入源的電源能力，VSYS
將降低。一旦VSYS下降至DPPM閾值，DPPM控制環(huán)路就會(huì)激活并自動(dòng)減少充電電流，以防止VSYS 進(jìn)一步下降。這個(gè)過程也稱為DPPM模式。

在DPPM模式下，如果充電電流減小到零，并且系統(tǒng)負(fù)載仍超過輸入電源能力，則VSYS繼續(xù)下降。一旦VSYS
降至低于電池電壓（VBAT），電池便通過電池FET向VSYS 提供電源。這稱為補(bǔ)充模式。在補(bǔ)充模式下，輸入源和電池同時(shí)為系統(tǒng)供電。

在進(jìn)入補(bǔ)充模式之前，如果電池FET處于線性模式（例如，當(dāng)VBAT 《 VSYS_MIN +
DV或在啟動(dòng)瞬態(tài)過程中未完全導(dǎo)通），建議采用理想二極管模式來控制電池FET（如FH5402中所采用的模式），以確保與補(bǔ)充模式之間的平穩(wěn)過渡。

在理想二極管模式下，電池FET作為理想二極管工作。當(dāng)系統(tǒng)電壓低于電池電壓40mV時(shí)，電池FET導(dǎo)通并調(diào)節(jié)電池FET的柵極驅(qū)動(dòng)。電池FET的壓降（VDS）約為20mV。隨著放電電流的增加，電池FET將獲得更強(qiáng)的柵極驅(qū)動(dòng)和更小的導(dǎo)通電阻（RDS），直到電池FET完全導(dǎo)通為止。當(dāng)放電電流降低時(shí)，理想二極管環(huán)路會(huì)產(chǎn)生較弱的柵極驅(qū)動(dòng)和較大的RDS（ON）
，以保持電池和系統(tǒng)之間20mV的差值，直到電池FET關(guān)閉。

DPPM模式下的VSYS 可根據(jù)系統(tǒng)要求靈活調(diào)節(jié)。如果從輸入到系統(tǒng)的前端變換器是LDO，則可以將VSYS設(shè)置為一個(gè)滿足系統(tǒng)要求的特定水平。

如果輸入到系統(tǒng)之間的前端變換器是DC / DC變換器，則通常將VSYS設(shè)置為跟隨電池電壓，從而提高效率。我們通常稱其為窄電壓DC（NVDC）。

DPPM控制有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，無論電池是否耗盡，一旦接入了輸入源，系統(tǒng)都會(huì)立即獲得電力。其次，充電電流可根據(jù)輸入源和系統(tǒng)負(fù)載進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)最短的充電時(shí)間。

DPPM控制的局限性在于，確保不同操作模式之間的平穩(wěn)過渡會(huì)比較復(fù)雜。通常，電池FET控制需要VSYS環(huán)路、理想二極管環(huán)路、充電電壓和充電電流環(huán)路。

結(jié)論

通過DPPM控制，即使電池電量耗盡，系統(tǒng)也可以在施加輸入源后立即獲得電力。帶DPPM控制的充電器IC還可以優(yōu)化充電電流，以充分利用輸入源的電流能力。盡管DPPM的控制很復(fù)雜，DPPM仍廣泛應(yīng)用于需要電源選擇功能的充電器IC中。