導入電纜壓降補償功能　移動裝置充電更快速

　　電纜壓降補償（Cable Drop Compensation）是減少總充電時間的關鍵特性之一。

　　可攜式裝置額定功率越高，而電池終端電壓越低。如果充電器沒有電纜壓降補償功能，則恆定電壓（CV）工作模式下的低充電電流，將導致施加于電池的電壓較低，且提升速度非常緩慢，導致總充電時間延長。

　　因此有必要根據(jù)負載電流的壓降比，對充電器進行輸出電壓補償來加快充電。本文將介紹一種透過幾個被動元件實現(xiàn)的外部電纜壓降補償方法，其結構簡單且成本低廉。

　　常用控制器內部不包含電纜壓降補償功能，如果使用控制器不是專門為電池充電系統(tǒng)設計，則須在外部實施補償電路，并採用盡可能少的元件數(shù)量。

　　在既有控制器外實作補償電路

　　要實現(xiàn)良好的電纜壓降補償，須要對負載電流進行精確測量或估算。根據(jù)產生負載電流資訊的方法，目前有兩種解決方案。圖1顯示感測負載電流最簡單的方法。

　　圖1 實現(xiàn)電纜壓降補償?shù)闹苯痈袦y方法

　　感測電阻器感測負載電流

　　在負載電流返回路徑上有一個感測電阻器Rsense。負載電流增加時，感測電壓Vsense反方向增加。Vsense透過RC被施加到并行穩(wěn)壓器的參照接腳，由于通過R2的電流是固定的，當Vsense反方向增加時，通過R1的電流增加。因此，輸出電壓VO也隨之增加。當根據(jù)負載電纜的阻抗適當選擇RC 時，VO得到補償，從而保持電池終端電壓恆定。

　　因為負載電流是直接感測的，因此這個方法簡單且可靠。然而，感測電阻器的功率損失相當大，特別是對于大功率系統(tǒng)，因此總效率越來越差。為實現(xiàn)補償，需要的是估算負載電流，而非直接的電流感測。

　　從次級側二極體導通時間估算負載電流

　　當充電器系統(tǒng)設計採用不連續(xù)導通模式（DCM）時，負載電流與初級側中主開關的工作週期或次級側二極體的導通持續(xù)時間成比例（圖2）。當初級側的主開關導通時，附加二極體DC陰極上的電壓VDc_K為VO+VIN/n，其中n是變壓器的匝數(shù)比。次級側二極體的導通過程中，VDc_K為零；次級側二極體中的電流干運行后，VDc_K變?yōu)閂O；基于VDc_K，DC的陽極電壓VDc_A被鉗位在VO。使用R4和C1后，在一個開關週期內VDc_A降低并平均，平均電壓VC1表示次級側二極體的導通持續(xù)時間。

　　圖2 實現(xiàn)電纜壓降補償?shù)膶〞r間估算方法

　　如果採用一個非常輕的負載，即VDc_A的零電壓持續(xù)時間極短，VC1與輸出電壓VO成比例。隨著負載電流的增加，即VDc_A的零電壓持續(xù)時間增加，VC1降低與零電壓持續(xù)時間成反比。相較變壓器的磁化電流或負載電流，隨著負載電流的增加，VC1越來越低。

　　由于并行穩(wěn)壓器的參照接腳電壓是固定的，因此通過R2的電流始終是恆定的，而輸出電壓由通過R1的電流決定。假設將通過R1的電流設定為適當值，以調整在輕載條件下通過RC的電流來獲得充電器輸出電容的額定輸出電壓VO。隨著負載電流的增加，VC1減少，從而使通過RC的電流減小。為向R2提供一個恆定電流，通過R1的電流隨著通過RC的電流的減少而增加。因此，通過R1的電流增加時，VO增大。

　　此方法會產生一個訊號，表示無功率損失的次級側二極體的導通持續(xù)時間。該方法的另一個優(yōu)點是只需要使用五個小尺寸元件，但輸出電流不能正確地反映到補償電路。例如當次級側二極體的導通持續(xù)時間增加兩倍時，補償電路確認負載增加兩倍，即使由于叁角形的面積，實際負載電流增加四倍。

　　電纜壓降補償功能助力　行動裝置充電加速

　　接下來將對更精確方案進行討論。圖4為建議方案的工作塬理。當一個電壓（VA）被施加到一個R-C濾波器時，電容器電壓呈指數(shù)增加，如下所示：

　　圖4 負載電流估算方法中的關鍵波形

　　。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。公式1

　　起點附近的指數(shù)曲線斜率通過微分等式1計算得出，如下所示：

　　。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。公式2

　　當電容器電壓的初始條件為零時，曲線從0V開始，斜率為VA。如果選擇的RC時間常數(shù)合適，且應用VA的持續(xù)時間足夠短，曲線近似直線。使用這一工作塬理，可以精確地類比負載電流。

　　圖3顯示專有解決方案的塬理圖。隨著次級側繞組上所施加電壓的變化，第一個R-C濾波器、一個二極體（Rf1、Cf1及Df1）產生一個叁角波形。主開關導通時，次級側繞組的電壓為VIN/n，次級側二極體導通時，電壓為VO。因此，Vf1的上升和下降斜率分別與VIN和VO成比例。如果選擇的 Rf1Cf1時間常數(shù)適當，Vf1的斜率類似磁化電流。因此，這形象地展示變壓器的磁化電流，如圖4中所示。通過第二個R-C濾波器（Rf2及Cf2）的平均電壓Vf2與負載電流成精確比例。負載電流增加時，Vf2反方向增加，并導致VO增加，與先前解決方案中的方式相同。在返馳式轉換器中，負載電流的計算方法如下：