用USB端口给电池充电

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1、用USB端口给电池充电USB作为电源为许多用电池供电的小功率电器提供了方便。USB的广泛应用也对电池充电设计提出了挑战。本文描述怎样把普通充电器连接到USB电源。文中对USB电源总线特性的回顾包括对镍氢电池和锂电池技术、充电方法和充电中止技术的一般介绍，给出了完整的用USB端口进行smart-charging（智能充电）的镍氢电池充电电路的例子。1、介绍通用串行总线（USB）端口是带电源和地的双向数据接口。所有类型的电脑周边设备包括外部驱动器、存储设备、键盘、鼠标、无线接口、视频摄像机和数码相机、MP3播放器和其它无数的电子设备均可以连接到USB接口。这些设备当中有很多是用电池供

2、电的，部分设备内置电池。USB的广泛应用也对电池充电器的设计提出了挑战。本文介绍了怎样把普通充电器连接到USB电源为电池充电，概述了镍氢电池和锂电池技术、充电方法和充电中止技术，给出了完整的用USB接口进行smart-charging（智能充电）的镍氢电池充电电路的例子，同时给出了充电数据。2、USB的特性USB总线可以为低功耗电器提供电源，它跟主电源隔离，相对来说滤波稳压性能较好，然而它也存在著提供电流有限、负载和主机或者电源间有互感的问题。USB端口由90Ω双向差动屏蔽双绞线、VBUS(+5V电源)和地组成。这四根线均加了屏蔽。目前USB规范为版本2.0，规范的复件可从USB

3、组织免费索取。完全遵从规范需要在设备和主机之间通过功能控制器实现双向通讯。规范定义一个单元负载的电流为100mA（最大），任何设备最大电流不得超过5个单元负载电流。USB端口分类为低功耗端口——最多供一个单元负载用，或者高功率端口——最多可供5个单元负载使用。当设备首次连接到USB端口时，有一个列举程序识别设备以确定它所需要的负载，此时设备只允许驱动一个单元负载，运行列举程序後，如果主机电源管理软件允许，高功耗设备才被允许用大电流驱动。某些主机系统（包括下游USB集线器）具备保险丝或者有源传感器电流限制功能，如果USB设备没有经过列举而在USB端口出现大电流（超过一个单元）负载，

4、它会导致可检测的过流情况，这时主机会关掉一个或者更多正在使用的USB端口。许多商用设备包括单机电池充电器，驱动电流超过100mA而不用功能控制器操作列举程序；它们在不正常环境下冒著给主机带来问题的风险。例如，一个驱动电流是500mA的设备插入一个由总线供电的USB集线器，如果没有经过适当的列举，它可能会导致集线器和主机均过载。当主机操作系统使用先进的电源管理，特别是为笔记本电脑这类希望端口电流极小的设备设计的电源管理来说，就会产生其它更加复杂的问题。在某些节能模式下，计算机向USB设备发出挂起命令以便进入低功耗模式，即使使用低功耗设备也最好用功能控制器与主机进行通讯。USB2.0

5、规范比较完整，它规定了电源的质量、接头的结构、电缆的材料、允许的电压跌落和浪涌电流。小电流和大电流端口具有不同的电源质量规范。这些主要取决于接头的电压跌落和主机与负载之间的连接电缆，包括USB供电的集线器的电压跌落。主机，例如一台计算机或者自己供电的集线器，具有高达500mA的大电流端口支持能力。小电流端口主要用在被动总线供电USB集线器中。表1给出了大电流和小电流USB端口逆流端（源端）允许的电压公差。表1、参数需求DC电压，大功率端口4.75V～5.25VDC电压，小功率端口4.40V～5.25V最大静态电流（小功率，挂起模式）500uA最大静态电流（大功率，挂起模式）250

6、0uA最大允许输入电容（负载端）10uF需要的最小输出电容120uF对负载最大允许浪涌充电50uC在与USB2.0规范兼容的主机中，大功率端口逆流端具有120uF低ESR电容。附上的USB设备的输入电容被限制到10uF，在设备首次插上时总的允许充电容量是50uC。这样当设备连到USB端口时逆流端瞬间电压跌落会小于0.5V。如果当前负载的操作需要更大电容，必须用浪涌电流限制器提供，对这个较大的电容以不大于100mA电流充电。图1、从主机到低功耗负载比允许的DC电压跌落还大的电压跌落会使总线过载一个带有总线供电的USB集线器（带有小功率负载）的USB端口允许的DC电压跌落如图1所示。

7、大功率负载连接到没有供电的集线器相比图1会有更大的电压跌落。3、电池充电相关知识a、单节锂离子电池和锂聚合物电池目前，锂化学电池充电到额定最大容量时为典型的4.1V到4.2V。最新的情况是电压为4.3V到4.4V的高容量电池正在市场上售卖。典型的锂离子电池和锂聚合物电池容量为600mAH到1400mAH。锂离子电池和锂聚合物电池的首选充电方案是以一个恒定充电电流充电直到电池电压达到额定电压，达到额定电压後，充电器控制电池两端的电压，这两种规则状态称为恒流（CC）和恒压（CV）充电