深度剖析动态电源路径管理

本文讨论常用的电源路径管理方案，即动态电源路径管理（DPPM）。DPPM控制回路可以根据输入源的电流能力和负载电流水平动态调整充电电流，以实现给定电源和系统负载下的最短充电时间。有了DPPM，即使电池已深度放电，系统也可以在接入输入源后立即获得电力。另外，本文还讨论了系统电压的调节方法。

具有可充电电池的移动设备在使用外部电源时，需要充电器IC来为电池充电。移动设备内部的系统负载可以由电池、输入源或两者同时供电，具体取决于电池和系统负载之间的连接。而电源路径管理方案即用来实现这种电源选择。

动态电源路径管理（DPPM）是移动应用中最常见的电源路径管理方案。DPPM的基本功率级结构如图1所示。

图1：NVDC电源路径管理结构

在DPPM系统中，系统负载连接至系统总线（VSYS）。VSYS通过电池FET从电池供电，或者通过DC /
DC变换器或LDO从输入源供电。当输入源不可用时，电池FET完全导通，由电池为系统负载供电。

当接入输入源时，VSYS由输入DC/DC变换器或LDO调节。同时，VSYS通过电池FET向电池提供充电电流。在这种充电模式下，系统负载优先供电，剩余电量用于充电。充电电流可根据输入源能力和系统负载水平进行动态调整，以实现最短的充电时间。

在上述充电过程中，如果系统负载超过输入源的电源能力，VSYS
将降低。一旦VSYS下降至DPPM阈值，DPPM控制环路就会激活并自动减少充电电流，以防止VSYS 进一步下降。这个过程也称为DPPM模式。

在DPPM模式下，如果充电电流减小到零，并且系统负载仍超过输入电源能力，则VSYS继续下降。一旦VSYS
降至低于电池电压（VBAT），电池便通过电池FET向VSYS 提供电源。这称为补充模式。在补充模式下，输入源和电池同时为系统供电。

在进入补充模式之前，如果电池FET处于线性模式（例如，当VBAT 《 VSYS_MIN +
DV或在启动瞬态过程中未完全导通），建议采用理想二极管模式来控制电池FET（如FH5402中所采用的模式），以确保与补充模式之间的平稳过渡。

在理想二极管模式下，电池FET作为理想二极管工作。当系统电压低于电池电压40mV时，电池FET导通并调节电池FET的栅极驱动。电池FET的压降（VDS）约为20mV。随着放电电流的增加，电池FET将获得更强的栅极驱动和更小的导通电阻（RDS），直到电池FET完全导通为止。当放电电流降低时，理想二极管环路会产生较弱的栅极驱动和较大的RDS（ON）
，以保持电池和系统之间20mV的差值，直到电池FET关闭。

DPPM模式下的VSYS 可根据系统要求灵活调节。如果从输入到系统的前端变换器是LDO，则可以将VSYS设置为一个满足系统要求的特定水平。

如果输入到系统之间的前端变换器是DC / DC变换器，则通常将VSYS设置为跟随电池电压，从而提高效率。我们通常称其为窄电压DC（NVDC）。

DPPM控制有几个优点。首先，无论电池是否耗尽，一旦接入了输入源，系统都会立即获得电力。其次，充电电流可根据输入源和系统负载进行动态调整，以实现最短的充电时间。

DPPM控制的局限性在于，确保不同操作模式之间的平稳过渡会比较复杂。通常，电池FET控制需要VSYS环路、理想二极管环路、充电电压和充电电流环路。

结论

通过DPPM控制，即使电池电量耗尽，系统也可以在施加输入源后立即获得电力。带DPPM控制的充电器IC还可以优化充电电流，以充分利用输入源的电流能力。尽管DPPM的控制很复杂，DPPM仍广泛应用于需要电源选择功能的充电器IC中。