电源小白入门学习7——USB充电、供电、电源路径管理
- USB充电系统需要考虑的因素
- 开关充电和线性充电
- 充电路径管理
- 输入限流路径管理（动态功率管理）
- 理想二极管帮助提高电池利用率
- 输入过充抑制
上期我们介绍了锂离子电池的电池特性，及充电电路设计，本期我们学习USB充电的相应知识
USB充电系统需要考虑的因素
USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）是一种用于连接计算机及外部设备的通用接口标准。USB接口广泛应用于各种设备之间的数据传输和充电。以下是USB接口的一些主要特点和应用：
- 通用性： USB接口是一种通用标准，几乎所有现代计算机和设备都支持USB接口，这使得USB成为连接各种设备的首选方式，包括键盘、鼠标、打印机、摄像头、存储设备、移动电话等。
- 热插拔： USB接口支持热插拔功能，用户可以在设备运行的情况下插入或拔出USB设备，而无需重新启动计算机或设备。
- 高速传输： USB接口提供了多种传输速率的规范，包括USB 2.0、USB 3.0、USB 3.1和USB 3.2等。其中，USB 3.x系列接口具有较高的数据传输速率，可满足大容量数据传输的需求。
- 充电功能： USB接口通常也用于设备的充电，例如智能手机、平板电脑、便携式音频设备等。USB充电标准包括USB BC（Battery Charging）、USB PD（Power Delivery）等，可以提供不同功率的充电输出，支持快速充电功能。
- 多种形态： USB接口有多种形态，包括USB Type-A、USB Type-B、Micro USB、Mini USB、USB Type-C等。USB Type-C接口是一种较新的标准，具有可逆插头设计、支持高速数据传输和功率传输等特点，被越来越多的设备采用。
总的来说，USB接口作为一种通用的连接标准，具有广泛的应用领域和丰富的功能，成为了现代计算机和设备之间数据传输和充电的重要方式。
不管是在日常使用还是在电子电路的设计中，USB的使用都非常广泛，但是随着USB接口的不断发展，各种接口之间需要有兼容性，最主要体现在限制输入电流上。
除此之外，还需要注意以下几个部分：
- 安全方面，需要对电池温度、充电电流和电压进行控制
- 充电效率，在电池缺电的情况下，提高充电效率，减短充电时间
- 快速开机，做好路径管理，在电池过放的情况下也能开机
- 长时间运行，能够充分利用电池容量
开关充电和线性充电
不同的使用场景和设计需求会用到不同的充电方案，主要的方案是开关充电和线性充电，两者特点如下：
- 线性充电：充电电流小，效率低，容易发热，但是设计简单，成本低，尺寸可以做的很小，可以在一些对体积要求很小的场合。
- 开关充电：充电电流比线性充电大，同时效率更高，可以用在快充的场合，但是设计复杂，尺寸比线性充电大，成本也更高。
充电路径管理
我们先来看一下不带充电路径管理的情况：
如图是没有充电路径管理的，具有一下缺点：
- 系统电压总是等于电池电压，对于过度放电的电池，插入充电器不能立马开机，需要等电池充了一部分电才能开启，
- 充电电流 = 系统电流 + 电池电流 ，如果充电电流 > 充电截止电流，电池就会一直充电。（很显然，系统运行的时候，充电电流 > 充电截止电流会一直成立，电池会一直充电，这是很危险的行为）。
我们再来看一下有充电路径管理的情况：
这个就是带充电路径管理的，对比于没有的情况，有以下优点：
- 系统电压独立于电池电压，即使过放的电池，插电也能立即开机。
- IBAT独立控制，即使有系统电流的情况下，电池可以正常充满，并停止充电。
输入限流路径管理（动态功率管理）
顾名思义，就是限制输入电流的大小。前面讲到，不同的USB接口，能够提供的功率是不一样的，输入限流路径管理，就很好的解决了不同USB接口的兼容性问题。
输入限流路径管理有以下两种工作模式：
-
当系统负载较小，多余的电流给电池充电；
-
当系统负载较大，多余的电流由电池补充；
理想二极管帮助提高电池利用率
前面讲到带有充电路径管理的充电方案，系统电压和电池电压是独立的，一般会通过如下方式连接：
- 通过一个外置的mos管来将电池电压和系统电压隔开，
- 放电时：系统电压 = 电池电压 - mos管压降
- mos管的导通电阻越小，mos管压降越小，由于系统电压一般不变，电池可以放电越多，提高电池利用率。
输入过充抑制
总结：就是在电容的选取上，选择系统电压两倍以上耐压值的电容，这样可以避免输入过充电压对电容的顺坏。其他元件同理。
