主要設計難題

　　在很多情況下，能夠用ｕｓｂ端口給電池充電為用戶提供了更大的方便。但是，ｕｓｂ規范對ｕｓｂ電流有一定限制。一個基于ｕｓｂ的電池充電器必須盡可能高效率地從ｕｓｂ端口抽取盡可能多的功率，以滿足今天的電源密集型應用在空間和熱量方面的嚴格要求。

　　管理電源通路是另一個問題。很多由電池供電的便攜式電子產品可以用交流適配器、汽車適配器、ｕｓｂ端口或鋰離子／聚合物電池供電。不過，自主管理這些電源、負載和電池之間的電源通路帶來了巨大的技術挑戰。傳統上，設計師們一直嘗試用少量ｍｏｓｆｅｔ、運算放大器和其他分立組件實現這一功能，但是一直面臨著熱插拔、大浪涌電流等問題，這些問題可能引起更嚴重的系統可靠性問題。

　　便攜式消費類電子產品常常采用鋰離子電池和鋰離子聚合物電池，因為這類電池的能量密度相對較高──與使用其他可用化學材料制成的電池相比。在給定的尺寸和重量限制條件下，它們的容量更大。隨著便攜式產品變得越來越復雜，對較高容量電池的需求也越來越大了，也就要求配備更先進的電池充電器。大多數消費者希望充電時間較短，因此提高充電電流似乎是可取的。但是，提高充電電流帶來了兩大問題。首先，就線性充電器而言，電流增大會增加功耗（也就是熱量）。其次，根據主控制器協商好的模式，充電器必須將從５ｖ　ｕｓｂ總線吸取的電流限制到１００ｍａ（５００ｍｗ）或５００ｍａ（２．５ｗ）。這種高效率充電，加之電池充電器集成電路必須實現高水平的功能集成以及節省電路板空間和提高產品可靠性的需求，都給設計由電池供電的電子產品帶來了壓力。

　　總之，系統設計師面臨的主要挑戰如下：

　　最大限度地提高從ｕｓｂ端口（可提供２．５ｗ）獲取的電流。

　　管理輸入電壓源、電池和負載之間的電源通路。

　　最大限度地減少熱量。

　　最大限度地提高效率。

　　減小占板面積和高度。

　　集成式電源管理器集成電路可以簡單輕松地解決這些問題。

　　電源通路控制與理想二極管

　　電源通路控制功能能夠自主和無縫地管理各種不同輸入源之間的電源通路，如ｕｓｂ、交流適配器和電池之間的電源通

　　路，并向負載供電。電源通路控制允許最終產品接電后立即工作，而不必考慮電池的充電狀態，這稱作“即時接通”工作。一個具有電源通路控制功能的器件既為自身供電，又用ｕｓｂ總線或交流適配器電源為單節鋰離子／聚合物電池充電。為了確保一個滿充電電池在連接總線時保持滿電量，具有電源通路控制功能的集成電路通過ｕｓｂ總線向負載輸送功率，而不是從電池抽取功率。一旦電源被去掉，電流就通過一個內部低損耗理想二極管從電池流向負載，從而最大限度地降低了壓降和功耗。

　　理想二極管的正向壓降遠低于普通二極管或肖特基二極管的正向壓降，理想二極管的反向電流泄漏也可以更小。微小的正向壓降減少了功耗和自熱，延長了電池壽命（見圖１）。

　　圖１　簡化的電源通路控制電路

　　電池充電器與電源通路控制器和理想二極管器件（電源通路管理器）集成，可高效管理多種輸入電源，為電池充電，向負載供電并降低功耗，所有這一切都是在一個外形尺寸極小的集成電路中實現的。電源通路控制電路可以采用線性或開關拓撲，這兩種拓撲對系統而言都有各自的優點。后面將評介這兩種架構，而較傳統的線性“充電器饋送型”系統將作為性能比較的基礎來介紹。

　　線性充電器饋送型系統

　　第一代ｕｓｂ系統直接在ｕｓｂ端口和電池之間插入限流電池充電器，由電池為系統供電。在這種“電池饋送型”系統中，可用系統功率可以表示為ｉｕｓｂ×ｖｂａｔ，因為ｖｂａｔ是系統負載唯一可用的電壓（見圖２）。輸入電流約等于充電電流，因此無須附加輸入限流。系統負載直接連接到電池上，不需要理想二極管。所受到的一些限制包括：低效率；從ｕｓｂ吸取的電流限制到５００ｍａ；電池沒電或缺失（以及電池電壓低）時，沒有系統電源；將近一半的可用功率損失在線性電池充電器單元內。

　　圖２　簡化的“電池饋送型”控制電路

　　線性電源通路系統

　　第二代ｕｓｂ充電系統在ｕｓｂ端口和電池之間采用了中間電壓。這種中間總線電壓拓撲稱為電源通路系統。在電源通路集成電路中，ｕｓｂ端口和中間電壓ｖｏｕｔ之間放置了一個限流開關。ｖｏｕｔ為線性電池充電器和系統負載供電。這種系統的優點是，電池與系統負載之間被隔斷了，因此一有機會就可以進行充電（見圖３）。該電源通路系統還實現了“即時接