利用USB-C實(shí)現(xiàn)并聯(lián)電池充電如何幫助提升用戶體驗(yàn)
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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(lái)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(guò)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(guò)猶不及，但也充分說(shuō)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(guò)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(guò)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(wú)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)
單根電纜 | 供電和數(shù)據(jù)傳輸使用同一根電纜，對(duì)空間受限的應(yīng)用非常有利 |
高功率水平 | 更大的容量和更高的充電水平支持更廣泛的應(yīng)用，包括低功耗消費(fèi)電子設(shè)備和高功率工具以及計(jì)算機(jī) |
節(jié)省時(shí)間 | USB-C的高充電電流功能支持電池并聯(lián)充電，在為一塊電池充電所需的時(shí)間內(nèi)可獲得更多的可用容量 |
輕松集成 | USB-C電纜是可逆的，正反插入都可以，并聯(lián)時(shí)要添加電池只需將電源連接到新電池的端子即可 |
長(zhǎng)久使用減少電子垃圾 | 多臺(tái)設(shè)備共用一個(gè)USB-C充電器將減少世界各地的電子垃圾 |
表2 USB-C和并聯(lián)電池充電的缺點(diǎn)
| 端口不同 | 如果兩個(gè)端口不匹配，則可能會(huì)出現(xiàn)功率水平的問(wèn)題。端口包括Thunderbolt、Power Delivery 3.1和Power Delivery 3.0 |
更為昂貴 | 無(wú)論是增加電池，還是支持更快充電的端口和電纜，都需要先進(jìn)的技術(shù)，因此比之前的版本更昂貴 |
電纜更換 | 新的USB-C電纜將強(qiáng)制取代USB-A、USB-B和micro-USB電纜，舊電纜將被淘汰 |
尺寸更大 | 增加電池將會(huì)占用額外的空間，這對(duì)有尺寸要求的應(yīng)用可能會(huì)是一個(gè)問(wèn)題 |
復(fù)雜性增加 | 增加電池會(huì)帶來(lái)一些復(fù)雜的問(wèn)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(wú)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(lái)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(guò)獨(dú)立的解決方案和定制固件來(lái)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。
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(wèn)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)。
評(píng)論