设计用于实现应用多样化的电池充电系统
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随着电池供电类电子产品的增加，消费者正在寻找更便捷的充电方式。如果房主需要修门，但发现无线电钻的电池没有充电，如果他们找不到电钻的电源适配器，则需要花费更长的时间。
以往，产品配备专用电源适配器的原因之一是提供电池充电器输入可以支持的输入功率范围。但是，如果电池充电器集成电路 (IC) 输入可以支持常见的家用适配器（例如笔记本电脑的 USB Type-C® 线）来为电动工具充电，会怎么样？
电池供电类电子产品的增加也产生了对可靠便携式备用电源的需求。如果露营者想在星空下看电影，那么设计一个白天为备用电池充电的系统就会很方便，这样晚上就可以用备用电池为电子产品供电。如果您能设计一款用太阳能供电的移动式发电站，会怎么样？
这些情况下的电池充电场景大相径庭，但我们提供了一些常用方法来帮助缓解设计难题，从而助力您打造适用于各种电池充电应用的系统。
内容概览
| 1 全新 USB-C 应用的电池充电 | 许多应用都采用 USB-C PD 输入，电池充电器必须能够处理 USB-C PD 的各种功率级别。务必选择可支持所有 USB-C PD 功率级别的合适电池充电器，从而为客户提供高效、快速的充电体验。 |
| 2 优化移动式发电站的充放电 | 借助双向充电，工程师能够设计出从同一 USB-C PD 端口对电池进行充电和放电的系统。移动式发电站是受益于双向电池充电系统的一个应用示例。 |
| 3 太阳能应用的电池充电 | 随着越来越多的应用采用可充电电池，对电池充电的需求日益增长，而太阳能充电提供了一种即使周围没有插座也能为应用充电的方法。为了提供出色的太阳能充电体验，必须选择合适的电池充电器来优化太阳能电池板的性能。 |
全新 USB-C 应用的电池充电
USB Type-C 充电越来越受到消费者的欢迎，因为在许多家居用品中使用同一根 USB Type-C 线会很方便。USB Type-C 甚至在不断扩展，以支持电动工具和电动自行车等更高功率的应用。如图 1 所示，虽然 USB Type-C 用于支持标准功率范围 (SPR) 高达 100W 的功率，但它现在可支持扩展功率范围 (EPR) 高达 240W 的功率。
图 1 USB 电力输送 (PD) 范围为了能够从包括 SPR 和 EPR 在内的不同类型的 USB Type-C 源获取电荷，随之而来的难题就是设计一款可支持 USB Type-C PD EPR 整个电压范围的应用。想象一个使用五节锂离子 (Li-ion) 电池和 USB Type-C 输入设计的吹叶机。由于电池是锂离子电池，因此每个电芯的完全充电电压为 4.2V，这意味着充满电时的电池包 (VBATT) 电压为 21V。吹叶机的所有者可以使用许多 USB 壁式适配器，但对于此示例，假设它们具有 45W 或 140W USB Type-C 壁式适配器，这意味着电池充电器的输入电压 (VIN) 可以是 15V 或 28V。现在的问题是如何满足这些要求：
- 当 VIN > VBATT 或 VIN < VBATT 时为电池充电。
- 尽快为电池充电，以更大程度地缩短充电时间。
- 在充电过程中使吹叶机保持低温，以防止过热。
- 在具有不同电池节数的不同平台上使用一个充电器 IC。
可满足每个要求的元件是具有外部开关场效应晶体管 (FET) 的降压/升压电池充电控制器。充电器的降压/升压部分有助于满足使 VIN > VBATT 或 VIN < VBATT 的第一项要求。在图 2 中所示的配置中使用四个 FET 和一个电感器，当 VIN > VBATT 时，电池充电器可在降压模式下工作（如图 3 所示），当 VIN < VBATT（如图 4 所示）时，电池充电器可在升压模式下工作。
外部 FET 有助于满足第二项要求。选择外部 FET 可提高热性能，并有助于缩短充电时间，同时提高充电电流能力。此外，外部 FET 提供了更大的区域以便在充电期间进行散热。由于这些原因，外部金属氧化物半导体 FET 降压/升压电池充电器使应用能够处理新的 USB PD EPR 级别，并有助于提供快速充电体验。
图 2 降压/升压充电控制器的 H 桥配置。
图 3 VIN > VBATT 时的降压模式配置。Q1 和 Q2 导通和关断，Q3 关断，Q4 导通。
图 4 VIN < VBATT 时的升压模式配置。Q3 和 Q4 导通和关断，Q2 关断，Q1 导通。