設計適合多樣化應用的電池充電系統
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隨著電池供電電子裝置的增加，消費者也在尋找更方便的充電方式。如果屋主需要維修一扇門，但發現無線電鑽電池沒電了，如果找不到電鑽的電源轉接器，則需要花上更長的時間。
過去產品配備專用電源轉接器的原因之一，是為了提供電池充電器輸入可支援的輸入電源範圍。但是，如果電池充電器積體電路 (IC) 輸入可支援常用家用轉接器 (例如筆記型電腦 USB Type-C® 線) 進行電動工具充電，結果會怎樣呢？
電池供電電子裝置的增加也帶來對可靠、可攜式備用電源的需求。如果露營者想在星空下觀賞電影，那麼設計一種能在白天爲備用電池充電的系統會十分方便，這樣晚上就可以備用電池為電子產品供電。如果可以設計一個可透過太陽能充電的可攜式發電站，又會怎麼樣呢？
這些情況是非常不同的電池充電情況，但可透過常見方法來協助減輕設計挑戰，讓您可為多樣化電池充電應用建立系統。
摘要
| 1 為新 USB-C 應用進行電池充電 | 許多應用採用 USB-C PD 輸入，電池充電器必須能夠處理 USB-C PD 的各種功率位準。選擇能夠支援所有 USB-C PD 功率位準的合適電池充電器非常重要，才能為客戶提供高效、快速的充電體驗。 |
| 2 可攜式充電器的充電與放電最佳化 | 雙向充電讓工程師能夠設計從同一 USB-C PD 埠為電池充電與放電的系統。可攜式充電器就是可自雙向電池充電系統中獲益的應用範例之一。 |
| 3 為太陽能應用進行電池充電 | 隨着越來越多應用採用可充電電池，隨時為電池充電的需求不斷增長，而太陽能充電提供了一種即使周圍沒有插座也能為應用充電的方法。爲了提供最佳的太陽能充電體驗，必須選擇合適的電池充電器以實現太陽能板最佳性能。 |
為新 USB-C 應用進行電池充電
USB Type-C 充電越來越受到消費者的歡迎，因為只要使用同一條 USB Type-C 線，即可方便地為許多家居用品充電。USB Type-C 甚至不斷擴展以支援更高功率的應用，例如電動工具與電動自行車。如 圖 1 中所示，USB Type-C 過去使用標準電源範圍 (SPR) 支援高達 100 W 功率，現在在延伸功率範圍 (EPR) 下則可支援最高 240 W。
圖 1 USB 電源傳輸 (PD) 範圍。在能從不同類型 USB Type-C 電源 (包含 SPR 和 EPR) 進行充電的目標背後，也帶來可支援 USB Type-C PD EPR 整個電壓範圍的應用程式設計挑戰。想像一下採用五芯鋰離子 (Li-ion) 電池和 USB Type-C 輸入設計的吹葉機。由於電池為鋰離子電池，因此每個電池單元的完全充電電壓為 4.2 V，代表電池組的電壓 (VBATT) 在完全充電時的電壓爲 21 V。吹葉機的擁有者可使用許多 USB 壁式轉接器，但此範例中假設他們有 45 或 140 W USB Type-C 壁式轉接器，代表輸入電壓 (VIN) 到電池充電器的電壓可以是 15 V 或 28 V。接下來的問題，則是如何滿足這些要求：
- 當 VIN > VBATT 或 VIN < VBATT 時，請爲電池充電。
- 請儘快爲電池充電，以縮短充電時間。
- 充電過程中請保持吹葉機涼爽卻，以防止過熱。
- 在具有不同電池芯數的不同平台上使用單一充電器 IC。
能夠滿足每項需求的元件，是具備外部切換場效應電晶體 (FET) 的降壓升壓電池充電控制器。充電器的降壓升壓部分有助於滿足第一個要求：VIN >VBATT 或 VIN < VBATT。電池充電器使用四個 FET 和一個電感器 (如 圖 2 中配置所示)，可在 VIN > VBATT 時以降壓模式運作 (如 圖 3 所示)，並在 VIN < VBATT 時以升壓降壓模式運作 (如 圖 4 所示)。
外部 FET 可幫助滿足第二項要求。選擇外部 FET 可提升熱性能，並透過更高的充電電流能力幫助縮短充電時間。此外，外部 FET 在充電過程中也提供更大的散熱面積。基於這些原因，外部金屬氧化半導體 FET 降壓升壓電池充電器讓應用能夠處理新的 USB PD EPR 等級，並幫助提供快速充電體驗。
圖 2 降壓升壓充電控制器的全橋配置。
圖 3 VIN > VBATT 時的降壓模式配置。Q1 和 Q2 開啟和關閉，Q3 關閉而 Q4 開啟。
圖 4 VIN < VBATT 時的升壓模式配置。Q3 和 Q4 開啟和關閉，Q2 關閉而 Q1 開啟。