Solución compacta utiliza alimentación USB para hacer funcionar un dispositivo y cargar su batería al mismo tiempo

Introducción

Un número cada vez mayor de dispositivos portátiles están aprovechando el Universal Serial Bus (USB) para cargar sus baterías. La alimentación USB suministrada por el host permite recargar las baterías al mismo tiempo que se realiza la transferencia de datos y, en algunos casos, elimina la necesidad de un adaptador de pared voluminoso. El desafío es proporcionar la carga de la batería y la operación del dispositivo simultáneamente de la manera más eficiente, sin exceder los 100 mA o 500 mA como lo requiere la especificación USB.

Administrador de energía USB y cargador de batería

La figura 1 muestra un circuito que permite la carga simultánea de la batería y el funcionamiento del dispositivo mediante alimentación USB. El administrador de energía USB LTC4410 es un PowerPath^™ controlador que controla la corriente que utiliza el cargador de iones de litio LTC4053 para cargar la batería. El circuito reduce la corriente de carga de la batería a medida que aumenta la corriente de carga del sistema, y ​​también aumenta la corriente de carga de la batería a medida que disminuye la carga del sistema. Esto ayuda a mantener la corriente total dentro de la especificación USB (suponiendo que el dispositivo alimentado nunca intente consumir más de lo que permite la especificación USB).

La corriente de carga de la batería se establece externamente con una resistencia de 3,4 kΩ en el pin PROG del LTC4053, donde:

Esto está dentro del límite de 500 mA impuesto por la especificación USB. La carga operativa del dispositivo USB (I_CARGA) se alimenta a través del interruptor MOSFET de canal P de baja caída de voltaje del LTC4410. El pin CHP produce una réplica de la corriente de carga igual a I_CARGA/1000. Esta corriente fluye al pin PROG del LTC4053 donde altera la corriente de carga de la siguiente manera:

como yo_CARGA aumenta, la corriente de carga de la batería disminuye, para mantener el total a menos de 500 mA. Esto permite utilizar el dispositivo incluso mientras la batería se está cargando. El LTC4410 garantiza que la corriente del cargador se reduce a cero cuando_CARGA = 500mA o 100mA, dependiendo del modo de operación USB específico. Tenga en cuenta que el LTC4410 puede reducir la corriente del cargador a cero, pero no lo limitará._CARGA. Se supone que el circuito del dispositivo de carga no extrae más de 500 mA o 100 mA del host USB.

El pin LTC4410 MODE proporciona la decodificación para que el LTC4053 sea compatible con los diferentes modos USB (100 mA, 500 mA y suspensión, que son necesarios para los requisitos de alimentación de la especificación USB 1.0 y 2.0). Cuando un controlador externo hace que el pin MODE esté bajo, un circuito interno genera una corriente compensada adicional del pin CHP, lo que reduce la corriente de carga de la batería a menos de 100 mA. Cuando el pin MODE se eleva, esta fuente de corriente compensada se desactiva (para 500 mA y modo de suspensión). Para el modo de suspensión, es responsabilidad del sistema no exceder los 500 µA o 2,5 mA según el modo USB específico.

Una característica importante de este diseño es que cabe en los espacios reducidos que requieren los dispositivos portátiles. El LTC4410 se ofrece en el paquete ThinSOT de 6 pines y el LTC4053 se aloja en un paquete MSOP de 10 pines térmicamente mejorado. Ninguna parte requiere un diodo de bloqueo de corriente inversa y el sistema requiere muy pocos componentes externos.

La salida del comparador de presencia USB (USBP) LTC4410 activa la compuerta de un MOSFET de canal P externo para desconectar la batería del sistema USB cuando hay un voltaje USB válido. Esto permite el funcionamiento del dispositivo cuando se conecta al puerto USB independientemente del estado de la batería (incluso si la batería está descargada). Cuando se desconecta el cable USB, el sistema vuelve a funcionar con la batería.

Carga de batería con prioridad

El LTC4410 también es útil en aplicaciones que no son USB. Un ejemplo típico es una base de carga para teléfono celular alimentada por un adaptador de pared que tiene dos ranuras, una para el teléfono y otra para una batería de repuesto. El desafío aquí es cargar dos baterías lo más rápido posible, mientras se le da prioridad de carga a una de las baterías. Cuando el teléfono y la batería de repuesto están en la base de carga, la batería del teléfono se carga más rápido, utilizando toda la corriente disponible del adaptador de pared. A medida que la batería del teléfono se acerca a la carga completa y su demanda actual disminuye, la batería de repuesto comienza a cargarse.

La figura 2 muestra un circuito que cumple con este desafío. La corriente del cargador prioritario fluye a través del LTC4410. Una corriente de réplica igual a (corriente del cargador de prioridad)/1000 fluye desde el pin LTC4410 CHP al pin 2 PROG del cargador de batería, lo que reduce la corriente del cargador no prioritario a cero. A medida que BAT 1 se acerca a la carga completa, el cargador de prioridad reduce la corriente a la batería, lo que reduce la corriente que sale del pin CHP permitiendo que se cargue la segunda batería. Consulte la Figura 3 para conocer el ciclo completo del cargador de batería.

El r_PROG La resistencia de cada cargador es de 2 kΩ, lo que equivale a 750 mA de corriente de carga de la batería, que es la corriente nominal del adaptador de pared. Los pines MODE y USBP no se utilizan en el LTC4410. El pin MODE está atado alto, deshabilitando su función mientras que el pin USBP se deja abierto. Los condensadores del temporizador en el LTC4053 se seleccionan de modo que el temporizador para BAT 1 sea de 3 horas y para BAT 2 sea de 4,5 horas.

Conclusión

El LTC4410 y el LTC4053 brindan una solución completa y compacta para cargar baterías desde un cable USB o para cargar dos baterías con prioridad desde un adaptador de pared estándar.