1. 充电电路的基本设计目标#

设计充电电路时，最重要的目标之一是最大化从电源适配器中提取的功率，并尽量减少充电时间，尤其是在使用可充电电池（如锂电池）的设备中。设计师需要确保充电电流达到最大值，同时避免由于电源电压下降导致充电中断。

2. 开关模式充电器的工作原理#

常见的开关模式充电器，如降压（Buck）转换器，通常具有多个非理想阻抗源，包括电感的直流电阻（RIND）、MOSFET的导通电阻以及PCB线路电阻。电源适配器（如USB端口或墙面适配器）提供的电压（VBUS）需克服这些电阻，以提供所需的电池充电电流。

3. 锂电池充电过程的三个主要阶段#

• 预充电阶段（Precharge Phase）：当电池电压较低时，充电器将限制电流，以避免电池受损。电池电压会逐渐提高至一个预设的阈值（VPRECHG）。
• 恒流充电阶段（Constant Current Phase）：当电池电压达到阈值后，充电器开始提供最大充电电流，直至电池电压进一步上升。
• 恒压充电阶段（Constant Voltage Phase）：当电池电压接近目标电压（通常为4.2V），充电电流逐渐减少，直到电池完全充满。

4. 计算最小输入电压（VBUS_MIN）#

为了确保充电器能够提供目标充电电流并防止过度的电源电压下降，设计师必须计算出最小输入电压（VBUS_MIN），即在给定的电池电压（VBAT）和电源适配器的电阻条件下，所需的最小电压。计算公式考虑了开关稳压器的最大占空比和电源线中的电阻。

5. 电源电压跌落问题#

当充电器的输入电源存在较大电阻时（例如USB端口或低质量的电缆和连接器），即使电源适配器标称电压为5V，实际可用的电压可能会因线路电阻而降到低于预期值。这种电压跌落可能导致电池充电过程的中断。

6. VIN-DPM（输入电压动态功率管理）#

为了解决由于电源线阻抗引起的电压跌落问题，许多现代充电器集成了VIN-DPM功能。VIN-DPM是一个模拟回路，用于确保充电器不会因电压跌落而使适配器电压崩溃。具体来说，VIN-DPM会限制输入电流，以保持输入电压稳定，避免进入欠压锁定（UVLO）模式。

• 无VIN-DPM时的工作状态：如果没有VIN-DPM，当充电电流和系统负载增加时，电源的电流需求也会增加，导致电源电压下降。如果电源电压下降到一定程度，充电器会自动关闭，直到电压恢复。

• 有VIN-DPM时的工作状态：当电源电压下降至设定的VIN-DPM阈值时，VIN-DPM会降低输入电流，以防止电压跌破低电压阈值。这允许充电器在电源电压较低的情况下继续工作，而不会导致电源崩溃。

7. 充电器优化#

通过选择合适的电源适配器、优质的电缆和连接器，或者通过增大PCB上的导线宽度，可以有效降低电源线的总电阻，从而最大化电源的功率输出，保证充电过程高效且稳定。此外，设计师还可以根据不同电源适配器的特性，灵活使用VIN-DPM功能，优化充电效率。

8. 结论#

为避免电源适配器电压过低导致充电中断，设计者需要仔细考虑电源适配器、充电器和电池之间的电压差以及电阻因素。通过正确计算最小输入电压（VBUS_MIN）并利用VIN-DPM功能，可以有效地优化充电过程，确保充电器在不同电源条件下都能最大化从适配器获取功率，避免不必要的电压跌落。