通过USB电池充电.doc

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1、通过USB为电池充电--  原文摘要：许多带有可充电电池的设备能够通过USB电源为电池充电，本应用笔记介绍了USB能够提供的电源规格和电池充电方式，其中包括电路和一些设计思路。                                                USB接口规范表明该接口能够为设备供电，随着并口向串口的转变，各种设备发生了戏剧性的变化，能够方便地与PC机连接。除了直接对USB设备供电，USB电源最有用的功能之一就是对电池充电*。许多便携设备，如MP3播放机、PDA等，都需要与PC机进行数据交换，如果在与PC机进行数据交换的同时，能够利用同一根电缆对电池充电，会极大

2、地方便设备的使用。将USB功能与电池充电功能结合能够使大量设备免受电源线的束缚，如可移动网络照相机，无论是否与PC相连都可以工作。在许多情况下，都不再需要那些曾经使用过的、笨拙的交流适配器。USB电池充电可能很复杂，也可能很简单，这取决于USB设备的要求。影响设计的因素不仅包括通常的成本、尺寸、重量等。其它重要因素还包括:1)电池耗尽的设备插入USB端口时，要求多快开始全功能运行；2)允许电池充电的时间；3)在USB功率限制范围内的功率分配；4)是否需要一个交流适配器充电。这些问题和相应解决方案会在讨论USB的功率问题后进行研究。USB功率所有USB主机，如PC机和笔记本电脑，每个USB

3、插孔都能支持最少500mA电流输出或驱动5个“单位负载”。在USB术语中，“一个单位负载”是100mA。自带电源的USB集线器也能驱动5个单位负载。总线驱动的USB集线器只能保证驱动一个单位负载(100mA)。按照图1所示的USB规范，由USB主机或带电源的集线器提供的，电缆外设端的最小可用电压为4.5V，而由USB总线驱动的集线器提供的最小电压为4.35V。用这些电压对充电电压典型要求为4.2V的Li+电池充电时，只有很小的裕度，这使得充电器的压降变得极为重要。图1.摘自通用串行总线规范2.0版的USB压降示意图。所有接入USB端口的设备启动时消耗电流都不能超过100mA。与主机进行通

4、信后，设备才能决定是否可以用足500mA电流。USB外设的插座分两种，都比PC机和普通USB主机的插座小。“B系列”和更小的“Mini-B系列”插座如图2所示，B系列由引脚1(+5V)和4(GND)供电，Mini-B系列由引脚1(+5V)和5(GND)供电。图2.这些USB外设插座不同于较大尺寸的主机和集线器4引脚插座，电源和数据引脚如图所示。一旦与主机连接，所有USB设备都必须首先让主机识别自己。这一动作被称为枚举。在本文结尾处专门讨论了实际中此规则的例外情况。在识别过程中，主机决定接受或拒绝USB设备的功率要求，如果接受，可以将设备的电流从最大100mA增加到最大500mA。简单的U

5、SB/交流适配器充电一些最基本的设备不需要软件开销来管理和优化对USB电源的使用。如果设备负载电流限制在100mA以内，任何USB主机，自带电源的集线器，或总线驱动的集线器都可以驱动。这类设计，可采用图3所示的一个基本充电器加一个稳压器的配置。图3.使用简单的100mAUSB充电和350mA交流适配器充电，USB充电电流不超过一个单位负载(100mA)，不需对充电器枚举。3.3V系统负载始终取自电池。这电路中，设备何时与USB或交流适配器连接，何时开始对电池充电。同时系统负载一直保持与电池相连，在此例中通过一个最大可提供200mA电流的简单的线性稳压器(U2)。如果系统持续消耗如此大的电

6、流，而电池只以100mA的电流通过USB充电，最终电池还是会因负载电流大于充电电流而放电。在许多小型系统中，负载峰值电流仅在整个工作期间的部分时段发生。因此，只要平均负载电流小于充电电流，电池仍然会被充电。连接交流适配器时，充电器(U1)的最大电流上升到350mA。如果USB与交流适配器同时连接，自动给予交流适配器优先权。USB规范要求U1具备的一个特性(而且，一般来讲对于充电器也是有利的)是电流不允许从电池或另一个电源回流到电源输入端。在传统的充电器中，可通过输入二极管保证，但USB最小电压(4.35V)与Li+电池充电所需电压(4.2V)之间差异太小，以致肖特基二极管也不适用。因此，

7、所有回流路径在U1的IC内部被阻止。图3所示电路受到一些限制，也许不适用于某些可充电的USB设备。最明显的限制是相对较低的充电电流，如果Li+电池的容量大于几百毫安时，充电时间就会很长。第二个限制是由于负载(线性稳压器的输入)总是与电池相连。在此例中，如果电池已深度放电，设备加电时也许不能立即开始工作。这是因为电池达到设备工作所需的电压前有一定的延迟时间。负载切换和其它改进在更先进的系统中，需要对充电器内部和外围电路进行多处改进，这