摘要
科技的快速发展让人们对便携式设备的要求越来越高，更长续航时间、更短充电时长，还要求更低的系统电压 (VSYS)。要实现更短充电时长，必须在热损耗容许范围内提供更高充电电流 (ICHG )；而更低VSYS和精确的ICHG 要求则促使更多制造商在电池充电应用中采用窄电压直流 (NVDC) 架构。
MP2760 是一款支持I²C接口控制的 1 至 4 节电池升降压充电IC，具有 NVDC 电源路径管理功能。该器件可通过电池场效应晶体管 (BATFET) 驱动器控制外部 N 沟道 MOSFET，以调节系统最小电压 (VSYS_REG_MIN) ，同时提供电池补充功能。BATFET的选择很重要，因为其特性会对ICHG 产生影响。
本应用说明将讨论MP2760的功能特性以及 ICHG与 BATFET 特性之间的关系，同时提供BATFET的选择设计示例。
简介
MP2760 利用 BATFET 驱动器（通过 BGATE 引脚）来支持 NVDC 电源路径管理功能。即使电池电量耗尽，该器件也能将系统电压调节至 VSYS_REG_MIN。
图1显示了MP2760的NVDC电源路径管理结构。
图1：MP2760的NVDC电源路径管理结构
MP2760 具有可配置VSYS_MIN。当 VBATT < VSYS_REG_MIN（其中 VSYS_REG_MIN = VSYS_MIN + VTRACK ）时，BATFET 驱动器可控制充电电流环路（包括涓流充电、预充电和线性恒流充电），确保VSYS被调节为 VSYS_REG_MIN。
当 VBATT > VSYS_REG_MIN时，BATFET 完全导通，充电电流环路（开关恒流充电）和电池电压环路（恒压充电）通过升降压变换器的脉宽调制 (PWM) 控制实现。 VSYS 始终跟踪实际电池电压，但受 VTRACK 限制高于 VBATT。
图 2 为系统电压调节示意图，其中 RSYS_BAT 是系统和电池之间的总电阻。
图2：系统电压调节示意图
图 3 显示了 MP2760 的充电曲线。
图3：完整充电周期曲线
方法详述
线性充电电流
当 VBATT 低于 VSYS_REG_MIN，BATFET工作于线性区。在单电池应用中，电荷泵由 VCC 供电；该电源源自内部 LDO 输出，可为内部电路提供 3.6V 电压。电荷泵的输入电压决定了其最大输出电压 (VCP )，该电压将通过电流源驱动外部 BATFET。
电流源的输出阻抗 (ZISRC) 应为几百 kΩ，，电荷泵的输出阻抗 (ZO_CP) 则应在几kΩ到几十kΩ之间。如果所选BATFET的栅源阈值电压 (VGS_TH) 导致电流源的直流电压偏置不足（约2V），则 ZISRC 将降至几十kΩ；而由于环路增益不足，ICHG 也将降至低于其配置值 (ICHG_CONF)。因此，选择合适的BATFET以提供所需的最小充电电流 (ICHG_REQ)很重要，尤其是对单电池应用而言。
图 4 中的简化功能框图显示了单电池应用中 BATFET 线性导通环路。
图 4：单电池应用中 的BATFET 线性导通环路简化功能框图
如图5所示，当 ICHG_CONF 设置为 1A 时，MP2760 的 ICHG与 BATFET 栅源电压 (VGS)之间的关系反映了单电池应用的驱动能力。在 2至4节电池应用中，电荷泵输入足够高，因此驱动 BATFET 的电流源不会饱和。本应用说明仅提供单电池应用中的BATFET 选择指导。
图 5：MP2760的ICHG 与BATFET VGS 之间的关系 (ICHG_CONF = 1A)
图6展示了与上图对应的三种不同N沟道MOSFET的传输特性。
图 6：MP2750 BATFET 采用不同类型 MOFSET 线性工作时的预估ICHG(ICHG_CONF = 1A)
根据上图可估算出采用不同类型MOSFET时的BGATE引脚电压(VBGATE)和ICHG 值。表1列出了 VGS 和 ICHG 估值 ，以供选择具有最佳传输特性的MOSFET。
注:
- 以上估值基于 1A 的ICHG_CONF。如果 ICHG_CONF增加 500mA ，实际 ICHG也会增加约 500mA。
- 本应用说明仅针对单电池应用。
- 如果BGATE存在任何外部漏电流 (ILKG)，例如由BATFET 的栅源放电电阻 (RGS )引入，则结果会有不同。
如果所选MOSFET 不足以使 ICHG达到 ICHG_REQ ，可采用以下方法：
- 提高VTRACK，使传输特性曲线左移，以提高 BATFET 的漏源电压 (VDS ) ，从而提高ICHG。注意，VTRACK不能设置得太高，因为VDS越高，BATFET 产生的额外损耗也越高。
- 设置更高 ICHG_CONF 以满足最低 ICHG 要求。
开关充电电流
当 VBATT 超过 VSYS_REG_MIN时，BATFET 完全导通，其线性导通环路将不会影响 ICHG。但 ICHG 仍受 VTRACK限制，，其计算公式(1)如下：
其中， RSNS 为 ICHG 采样电阻，RDS(ON) 为 BATFET 完全导通时的导通电阻， RPCB 为 PCB 寄生电阻。
根据公式 (1)， RDS(ON) 必须满足公式 (2) 估算的约束条件：
如果 BATFET RDS(ON) 不够低， 则可以通过 I2C 将 VTRACK 设置得更高，以确保满足ICHG_REQ。
设计示例
本节说明如何在单电池应用中选择合适的 BATFET，以同时满足线性充电模式和开关充电模式的 ICHG 要求。
以以下设计参数为例：线性充电模式下的 ICHG_REQ 设置为 0.8A，开关充电模式下设置为 4A。同时基于以下条件：线性充电模式下，ICHG_CONF 为 1A，最小漏源电压(VDS_MIN) 为 100mV， RGS 为 1MΩ。 开关充电模式下， ICHG_CONF 为 4A， VTRACK 为 100mV， and RSNS 为10mΩ。
图7展示了MP2760典型应用电路。
图7：MP2760典型应用电路
线性充电模式
为了满足线性充电模式的 ICHG 要求，遵循以下步骤操作：
- 根据图6所示，当 ICHG_REQ 设置为 0.8A时， VG S在 2V 和 2.5V 之间。
- 外部BGATE的漏电流 (ILKG) 可以用公式（3）计算：
- 根据表 1，当 ICHG_REQ 设置为 0.8A 时，VGS 约为 2.29V。
- 选择 VDS = 0.1V时具有合适传输特性曲线的N沟道MOSFET ，即当VGS 为2.29V时，漏源电流(IDS) 超过0.8A 。
开关充电模式
忽略 PCB 上的寄生阻抗，BATFET RDS(ON) 可通过公式 (4) 来计算：
结语
电池充电器应用越来越广泛地采用NVDC架构。MPS电池充电IC-MP2760采用外部BATFET提供NVDC电源路径管理功能。但BATFET的选择会影响NVDC的性能，尤其是在单电池应用中。
本应用说明提出的方法可以帮助您选择最适合的 BATFET，确保在线性充电模式和开关充电模式下均满足 ICHG 要求。
补充资料
有关 MPS 电池管理产品的更多信息，请联系 MPS FAE 或访问 MPS 网站。
如有 相关需求/技术咨询/产品咨询 等可点击 联系我们 ， 工程师将为您直接提供项目技术支持服务
查看更多技术资源可访问：Resource Center
