真是脑洞大开,灵活使用电容分压技术,快充系统还可以有另外的样子

关于电容分压充电,我曾经写过两篇文章来介绍其工作原理,下面给出它们的链接,需要了解的读者可以参考一下:

电容分压充电的基本原理

对电容分压充电原理 de 深思考

这两篇文章里的原理推导,第一篇简单直白,一看就懂;第二篇借用了高等数学的思维方式,但表达形式还是初等数学的东西,只是把一个比较复杂的问题用一个比较简单的方式来解释罢了。

这两篇文章都提到了一款产品,其型号是 RT9759,它是一款标准的电容分压充电 IC,其内部电路结构和应用电路如下图所示:

电容分压充电电路的特性是电压减半、电流倍增,它充分利用了电容储能的作用,转换效率高,损耗发热少,在快充应用中得到了广泛使用。

快充技术之所以会充满生命力,是移动设备电池容量越来越大所导致的。大容量电池相当于小容量电池并联的结果,如果将小容量电池串联起来也一样可以得到大的电池容量,这时候的电容量并未改变,但电池电压的提高使得充放电的电压提高了,同时电流也减少了相同的比例,可以降低电池回路对电流通过能力的要求。

对两节串联以后的电池充电时同样可以使用电容分压充电技术,这样可以将供电线路的供电电压再提高一倍,而该线路的电流也同时降低一半,节能效果将会非常显著,对供电线的过流能力的要求也可以得到降低,满足这种应用需求的充电线路如下图所示:

它其实就是 RT9759 应用电路的翻版,甚至显得更简单,所用 IC RT9758 的内部电路结构几乎与 RT9759 完全相同,如下图所示:

其实它们之间最大的差别就是 RT9758 的工作电压等级提高了,同时还增加了旁路工作模式,使其可以将输入端和输出端直接接通以实现直充工作模式。

两节电池串联以后带来了一个问题,由于电池电压提高了,那些按照单节电池供电模式设计的部分电路不能直接从电池取电,这就需要将串联电池的电压降低一半以后才能使用,这时候我们同样可以让电容分压充电 IC 来完成这一工作,RT9759 或 RT9758 都可以承担这一任务。

上图是一个将无线充电、电容分压充电、直充、Buck 降压充电和电容分压供电结合在一起的一个串联电池供电系统结构示意图,其中的核心 IC 就是 RT9758。

RT9758 所设定的电流输出能力为 5A,由于是对两节串联电池充电,折算为单节电池的充电能力也就是 10A,而且你也真的可以把这种能力变现来为单节电池充电,这样就可以得到一个输出电压只有输入电压 1/4 的两段式电容分压充电系统,下图方案就是这样的一个示例:

RT9759 对电池充电的能力为 8A,这个输出是经过两次电压折半处理得到的,折算到输入端的电流输入就只有 2A,对于很多支持 PD 协议的电源供应器和 USB-C 型电缆来说都是没有压力的,而且这个电路还支持无线充电、直充和 Buck 充电,几乎各种输入电压范围都可以得到有效利用,使用起来应该会给人很爽的感觉,就看设计者要如何去使用它了。

同样是在做快充,各种不同的组合、变换就可以得到不同的解决方案。电容分压模式的转换效率高,电路又很简洁,利用好了应该是大有裨益的,希望本文提供的思路能够给你的设计工作带来帮助。

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