外部MOSFET降低基于智能电源选择器充电器的I²R损耗

来源：analog 发布时间：2023-09-14

摘要： 电池到系统(bat到sys)的连接阻抗是至关重要的，通过减少净空和耗散功率来影响电池的运行时间。外通晶体管使阻抗降低50%以上。本应用笔记展示了具有智能电源选择器功能的MAX8662电源管理IC驱动外部MOSFET，以降低开关电阻和功耗。显示了性能数据。

介绍

大多数可充电电池供电的系统需要某种类型的开关电路在电池和充电电源之间传递系统负载。如果没有这个电路，当插入电池耗尽的充电器时，设备可能无法立即运行。这种开关电路既可以是充电器的外部附加组件，也可以集成在充电器IC中。当在电池和充电电源之间传递负载的开关集成在Devices 充电器中时，充电器被称为具有智能电源选择功能。智能电源选择功能允许系统使用适配器或USB电源，而电池充电，即使从一个完全耗尽的状态。

智能电源选择器的基本操作

MAX8662电源管理IC包含智能电源选择器功能。内部开关根据需要自动将电源输入(DC)连接到系统电源输出(SYS)，并将电池(BAT)连接到SYS。重要的是，下面这些开关电阻。

MAX8662提供0.1欧姆 dc到sys电阻和0.04欧姆 bat到sys电阻。组合电阻(0.1 + 0.04 = 0.14欧姆)对于允许电池以其全速率(1.25A)充电至4.2V具有低4.375V净空(1.25A = (4.375V - 4.2V)/0.14欧姆)非常重要。BAT-to-SYS开关电阻对电池运行时间至关重要，因为它在放电和充电期间与电池串联。MAX8662的低0.04欧姆 bat - sys开关电阻最大限度地降低了功耗和电压降。以2A电池放电电流为例，内部开关功率损耗为160mW，压降为80mV。

操作与外部MOSFET

由于BAT-to-SYS开关电阻对运行时间和功耗至关重要，因此一些设计可能希望使用外部MOSFET进一步降低电阻。图1显示了如何实现这一点。Q1 (Fairchild FDMA510PZ)在2mm × 2mm封装中的R(DSON)小于30毫欧(最大，在V(GS) = -4.5V时)。在电路中，MAX8662的有源低POK输出驱动一个小的p沟道MOSFET (Q2)将驱动器反相到Q1的栅极。一旦直流电源连接，低激活POK变低，关闭Q1，并断开电池与负载的连接。

图1所示简化原理图:减少基于智能电源选择器的电池充电器的I²R损耗。

图2显示了连接直流电源时图1电路的行为，而图3显示了断开电源时电路的性能。两幅图都表明，当直流电源被移除时，大部分负载电流通过Q1，充电器的智能电源选择功能被保留。

图2 图1电路在接通直流电源时的性能。

图3 图1电路在断开直流电源时的性能。

图4详细说明了bat - sys电压降的改进。MAX8662和典型PCB走线的测量电阻约为60毫欧。加上额外的MOSFET，这个数字下降到大约25毫欧。

图4 V(BATT)到sys电压与负载电流的数据。

为了缩短直流电源断开到Q1导通的延时，可以减小R1和R2。图5为R1 = R2 = 10k欧姆断开直流电源时的切换行为。当R1 = R2 = 10k欧姆时，与图3 R1 = R2 = 100k欧姆相比，Q1开始导通前的延迟减少了300µs。使用R1 = R2 = 10k欧姆对电池消耗没有影响，因为当SYS使用电池电量时，两个电阻都没有通过电流(即，当活动低POK高且Q1接通时)。但是，当应用直流电源并且活动低POK较低时，SYS上的负载略有增加。