作者：Kyle Johnson，應(yīng)用工程師

摘要

USB-C端口比之前的USB端口更加靈活，逐漸成為消費(fèi)電子設(shè)備的標(biāo)配。在這些設(shè)備中，更大功率和更長(zhǎng)壽命的設(shè)備越來越受歡迎。因此，以更高的功率水平為這些設(shè)備充電的需求也隨之增長(zhǎng)。本文將介紹并聯(lián)電池充電架構(gòu)的基礎(chǔ)知識(shí)和用例，以及將USB-C集成到這些用例中的實(shí)際效果。此外，本文還會(huì)介紹并聯(lián)電池充電和USB-C在消費(fèi)市場(chǎng)的應(yīng)用情況以及優(yōu)缺點(diǎn)。

什么是并聯(lián)電池充電？

在電池管理系統(tǒng)中，有幾種電池配置方法，可分別實(shí)現(xiàn)不同的結(jié)果。一種配置方法是將電池進(jìn)行串聯(lián)，以提高電壓，但電池容量保持不變，這通常適用于高功率產(chǎn)品。另一種配置方法是將電池進(jìn)行并聯(lián)，這會(huì)提高容量，但電壓保持不變。現(xiàn)在，延長(zhǎng)電池壽命對(duì)消費(fèi)電子設(shè)備如此關(guān)鍵，這促使制造商尋求創(chuàng)新方法來保存和擴(kuò)展電池組的有用容量。延長(zhǎng)電池壽命簡(jiǎn)單有效的方法是并聯(lián)充電。簡(jiǎn)而言之，通過并聯(lián)充電電池，用戶可以一次為多個(gè)電池充電，從而實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的電池壽命并提高可靠性。圖1簡(jiǎn)單描述了常用的串聯(lián)和并聯(lián)電池配置。

圖1.串聯(lián)和并聯(lián)電池配置。

USB-C進(jìn)入現(xiàn)代并聯(lián)電池充電市場(chǎng)

如上所述，與以前的USB 2.0和USB 3.0端口相比，USB-C端口和設(shè)備能夠以更高的功率水平充電。最新版本的USB-C規(guī)范Power Delivery 3.1支持高達(dá)240 W的功率。目前對(duì)大多數(shù)消費(fèi)電子產(chǎn)品而言，這一功率可能過猶不及，但也充分說明USB-C相比前幾代USB更穩(wěn)健。USB-C端口功率的增加與消費(fèi)者對(duì)更大功率以及更長(zhǎng)電池壽命的需求相輔相成，這正是設(shè)備采用并聯(lián)電池的目標(biāo)。通過并聯(lián)電池配置，消費(fèi)電子設(shè)備的電池容量增大，因此對(duì)于為設(shè)備供電的充電器也提出了更高的功率要求。除此之外，消費(fèi)市場(chǎng)的目標(biāo)是讓用戶盡可能多地使用這些電子設(shè)備。USB-C端口功率的提高使消費(fèi)者能夠比過去更快地為設(shè)備充電，有更多時(shí)間隨心所欲地使用設(shè)備，且無需連接充電線。

優(yōu)缺點(diǎn)

USB-C并聯(lián)電池充電已進(jìn)入許多應(yīng)用，并將繼續(xù)擴(kuò)大到所有消費(fèi)電子應(yīng)用。雖然USB-C端口和電纜在功率、成本和簡(jiǎn)便性方面對(duì)于消費(fèi)市場(chǎng)非常有利，但也有一些缺點(diǎn)需要注意。

表1.USB-C和并聯(lián)電池充電的優(yōu)點(diǎn)

表2.USB-C和并聯(lián)電池充電的缺點(diǎn)

增加電池會(huì)帶來一些復(fù)雜的問題，例如需要平衡電池之間的老化，確保充電周期開始時(shí)的各電池電壓相近，以免損壞電池或接線

采用MAX17330的示例

圖2顯示創(chuàng)建并聯(lián)電池充電環(huán)境所需的主要工具之一——MAX17330示例。該產(chǎn)品IC集成了電池充電器、電量計(jì)和保護(hù)器。MAX17330從兼容USB-C的充電器或轉(zhuǎn)換器接收電源，然后為并聯(lián)電池組高速充電，盡可能延長(zhǎng)用戶的使用時(shí)間。此外，這種配置使電池能夠放在特殊的位置，例如AR/VR耳機(jī)的另一側(cè)或可折疊手機(jī)的不同側(cè)面。使用這種芯片的一些好處包括能充分降低壓差和減少熱量，防止并聯(lián)電池交叉充電，以及能夠獨(dú)立為并聯(lián)電池組充電。

MAX17330的實(shí)際應(yīng)用

本文介紹了并聯(lián)電池充電與USB-C的結(jié)合，并指出了一些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。現(xiàn)在我們對(duì)整個(gè)主題有了更多認(rèn)識(shí)，有必要看一些實(shí)際應(yīng)用。并聯(lián)電池充電和USB-C已經(jīng)開始進(jìn)入一些消費(fèi)市場(chǎng)。具體包括但不限于AR/VR耳機(jī)、無繩電鉆等工具、筆記本電腦和便攜式平板電腦。上文表2提到的挑戰(zhàn)給設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)這類系統(tǒng)帶來了一些困難。用ADI公司的MAX17330替換圖2中的模塊，用MAX77958替換USB-C控制器，用MAX77986替換下行電源。借助MAX77958，設(shè)計(jì)人員可通過獨(dú)立的解決方案和定制固件來簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，這些固件決定USB-C的供電水平，而MAX77986可作為USB-C的下行電源，為整個(gè)產(chǎn)品的其它部分供電。這類設(shè)置非常適合功率要求為15 W或以上的應(yīng)用。對(duì)于15 W以下功率應(yīng)用，MAX77789是理想選擇，它將1S 3 A充電器與USB-C檢測(cè)功能相結(jié)合。為驗(yàn)證這些產(chǎn)品的功能，可點(diǎn)擊此處訂購MAX17330評(píng)估套件或點(diǎn)擊此處訂購MAX77789評(píng)估套件。若想獲取MAX17330的樣片進(jìn)行原型制作，請(qǐng)?jiān)L問申請(qǐng)樣片網(wǎng)站。欲了解有關(guān)MAX17330的更多信息，請(qǐng)觀看《MAX17330簡(jiǎn)介》。

圖2.集成MAX17330的并聯(lián)電池充電環(huán)境框圖

結(jié)論

當(dāng)今世界，消費(fèi)者都希望所用的產(chǎn)品具有最大化的效率，不想浪費(fèi)任何時(shí)間。ADI公司的所有這些產(chǎn)品都可以組合使用，支持消費(fèi)者將USB-C的快充功能與并聯(lián)電池組相結(jié)合。這有助于延長(zhǎng)最終產(chǎn)品的電池壽命，縮短充電時(shí)間，從而提高效率。隨著消費(fèi)市場(chǎng)的不斷發(fā)展，設(shè)計(jì)人員需要快速適應(yīng)，盡力設(shè)法滿足客戶需求。為下一代消費(fèi)電子設(shè)備尋找新的充電方法時(shí)，面對(duì)不斷變化的問題，USB-C和并聯(lián)電池充電將是一種不錯(cuò)的解決方案。

關(guān)于ADI公司

Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司，致力于在現(xiàn)實(shí)世界與數(shù)字世界之間架起橋梁，以實(shí)現(xiàn)智能邊緣領(lǐng)域的突破性創(chuàng)新。ADI提供結(jié)合模擬、數(shù)字和軟件技術(shù)的解決方案，推動(dòng)數(shù)字化工廠、汽車和數(shù)字醫(yī)療等領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展，應(yīng)對(duì)氣候變化挑戰(zhàn)，并建立人與世界萬物的可靠互聯(lián)。ADI公司2022財(cái)年收入超過120億美元，全球員工2.4萬余人。攜手全球12.5萬家客戶，ADI助力創(chuàng)新者不斷超越一切可能。更多信息，請(qǐng)?jiān)L問www.analog.com/cn。

關(guān)于作者

Kyle Johnson是ADI公司中心應(yīng)用部門的應(yīng)用工程師。他畢業(yè)于圣克拉拉大學(xué)，獲得電氣工程學(xué)士學(xué)位，2020年8月加入ADI公司。之前，曾在Maxim Integrated（現(xiàn)為ADI公司一部分）的技術(shù)銷售團(tuán)隊(duì)實(shí)習(xí)。