降压-升压 IC 提供更快的充电、更长的电池寿命

德州仪器 (TI) 的新型 BQ25790 和 BQ25792 降压-升压电池充电器集成电路解决方案可提供最大功率密度和高达 97% 的通用快速充电效率。这些 IC 支持低静态电流，可灵活地  为 1 至 4 节串联电池充电，并在整个输入电压范围（3.6 V 至 24 V）内为 USB Type-C、USB Type 提供高达 5A 的充电电流-C Power Delivery (USB PD) 和无线应用。这些新解决方案将用于小型个人电子设备、便携式医疗设备和楼宇自动化应用。

德州仪器 (TI) 电池管理解决方案产品线经理 Samuel Wong 表示：“USB-Type-C/PD 适配器越来越受欢迎，并正在成为一种通用充电标准。“BQ25790 和 BQ25792 的高功率密度性能可以帮助设计工程师利用 USB-PD 增加的输入功率，并为不同（1S 到 4S）电池配置提供灵活性。”

快速充电

有限的电池寿命损害了智能手机用户的自主性。无论最新的智能手机电池多么出色，它们的尺寸仍然有限。制造商试图让手机越来越节能，但这些手机一直被用于越来越耗电的应用。结果是，如果只充电一次，您的电池通常无法使用到晚上。

快速充电允许您 使用一些技术技巧快速恢复设备的 电池寿命。用于快速充电的电池充电器也会作用于电压值，从而显着增加功率输出。

充电标准是化学和物理的复杂组合，并且由于每个标准都有其局限性，因此不兼容本身可能是一个问题。智能手机电池在电流流过时充电。更高的电流和更高的电压可以更快地为电池充电，但它们所能承受的容量是有限的。充电调节器 (IC) 通过调节进出电池的总电流来防止危险的电流浪涌。

USB PD 为各种应用中的快速高效充电提供了一种有用的替代方案。USB PD 的输出电压范围可针对不同电池配置的不同电池供电设备进行调整，以利用 USB PD 的 5-W 至 100-W (20-V/5-A) 功率谱。

TI 的降压-升压 IC

通用充电允许从汽车适配器或 USB PD 适配器充电，为各种设备带来了新的灵活性和便利性，尤其是在医疗领域。双向充电支持移动 (OTG) 充电。

为满足消费者的期望，设计人员正在寻找能够延长电池运行时间并利用最大电池容量，同时有效充电并减少散热以最大限度减少充电器 IC 内功率损耗的解决方案。

新的 TI 集成降压-升压充电器 IC 系列（包括 BQ25790 和 BQ25792）使用 USB PD 输入在 3.6-V 至 24-V 输入电压范围内为 1S-4S 电池充电时具有更大的灵活性。这些设备使用功耗极低的充电 IC 来延长运行期间的电池运行时间，并在不使用应用程序时尽可能节省电池电量。除了超低功耗外，充电器还配备了一个充电定时器，允许在正常充电周期以上进行额外充电，从而为电池最大容量充电。

BQ25790 和 BQ25792 多节降压-升压充电器使用不到 1 µA 的静态电流。结合 8 mΩ 的极低电池 FET 电阻器，工程师可以进一步最大化需要长时间运行的应用的电池运行时间（图 1）。

图 1：BQ25790 框图（图片：TI）

“便携式电子设计中的静态电流有两个主要挑战：第一种静态电流是关断模式，可在设备运输和储存期间延长保质期，”Samuel Wong 说。“BQ25790 和 BQ25792 提供低至 0.6 µA 的关断模式。关断模式不仅可以最大限度地减少 IC 电流消耗，还可以完全切断系统与电池的连接，从而避免系统功耗。这使电池可以保持满容量数月。第二种静态电流是电池模式，在使用电池为系统供电时使用。为了提供较长的电池运行时间，这些升降压电池充电器旨在最大限度地减少 IC 本身消耗的电流。”

新型升降压充电器完全集成了以下组件：金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET)、电池 FET、电流感应电路和双输入选择器开关。组件数量的减少对于智能扬声器等应用尤为重要，随着市场采用率的提高，这些应用的尺寸更小，价格也更低。

“在面积、成本和性能方面，组件集成总是需要权衡，”Wong 说。“BQ25790 和 BQ25792 分别在 <10-mm 2 (WCSP) 或 16-mm 2  (QFN) 封装内集成了四个降压-升压转换器 MOSFET、一个电池 FET 和两个电流检测电阻器。这极大地将解决方案尺寸缩小了 50% 以上，从而使 PCB 占位面积中的功率密度增加了一倍。凭借我们的高效电源转换器和创新封装，充电器支持高达 155 mW/mm 2。小型集成解决方案不仅提高了功率密度，还以简单的设计和最小的 BOM 提供了更好的用户体验。”

由于能够从几乎任何输入源为电池充电并满足 Type-C 和 PD USB 适配器的需求，升降压充电器近年来变得越来越流行。USB Type-C 广泛采用的一个关键优势是通向通用适配器和相应减少电子垃圾的现实途径。高功率密度降压-升压充电器不仅应集成通用功能充电模块，还应集成 DC/DC 转换器等其他模块，以简化系统设计。图 2显示了 USB PD 充电解决方案的系统框图。

图 2：USB PD 充电解决方案的框图（图片：  TI 的文章）

当适配器不存在时，DC/DC 转换器对电池放电以创建 VBUS 调节电压并为外部设备供电。在没有适配器的情况下，放电电源路径中的背对背 MOSFET 将开启，将输出电压 U3 切换到 VBUS 并保持 VBUS 电压。这使 DC/DC 转换器始终处于开启状态。作为输入过压和过流保护电路的一部分，充电器中还集成了外部背对背 MOSFET 的控制逻辑和驱动电路。

图 3：完全集成的升降压充电（图片：  TI 的文章）

图 3所示的完全集成的升降压充电器可以简化 USB PD 充电解决方案的系统范围设计。作为输入过压和过流保护电路的一部分，外部背对背 MOSFET 的控制逻辑和驱动电路也集成到充电器中。这些功能消除了框图中支持输入电源路径管理和输入电流检测的单元。

图 4：通过单个升降压充电器实现的 USB Type-C FRS（图片：  TI 的文章）

图 5：从 VBUS 接收器到 VBUS 源的降压-升压充电器 FRS（图片：  TI 的文章）

为了支持Type-C USB端口的快速角色交换（FRS），这款集成升降压充电器实现了一种新的备份模式，可以监控VBUS电压；VBUS 电压低于预设阈值表示移除了适配器。FRS 是 USB PD 3.0 的一项重要新功能，其中提供电源的设备可以快速改变其电源角色，成为能源消费者，以保持一致的数据连接。FRS 有助于防止设备意外断电时可能发生的任何数据丢失（图 4和5）。

审核编辑 黄昊宇