充电器超低待机功耗电路的四种方案

2023-11-30


  USB 口充电器主要给手机或 PAD 设备充电,当手机或 PAD 充满电,拔掉充电线时,USB 口处于空闲状态,部分设备的 USB 口 95%以上时间处于空闲状态。对于使用电池供电的 USB 口充电器,我们期望尽可能延长电池待机时间来延长使用时间,这就要求充电器具有以下功能:当手机或其他负载移除后,充电器进入超低功耗待机模式来节省电量,而当负载接入时,充电器自动唤醒并恢复正常工作给负载供电。本文介绍的四种方案,通过使用常规器件可以实现当负载移除后,充电器进入超低功耗待机模式(待机电流 uA 级),负载连接后,充电器自动唤醒工作给负载供电。

  方案介绍

  针对 12V/24V 电池供电,输出 5V/2.4A 的 USB 口充电器,采用方案一和方案二降低待机功耗。

  方案一:使用三极管、稳压管、PMOS 和 XL4301 构成的低待机功耗电路。

  充电器超低待机功耗电路的四种方案 (https://ic.work/) 电源管理 第1张

  工作原理:电路如上图蓝色虚线框内所示,输入端接上电池后 Q4 导通,A 点电压 VA 稳定在 6V 左右 ,当 USB 口不带载时,I1=0,则 Q3 关断,即 VB=0,Q1 关断实现低待机功耗的功能;

  当 USB 口带载时,I1 给负载供电,Q3 导通,进而 Q1 导通,输入端电压给 XL4301 供电,XL4301 给后端负载供电。

  优点:可以通过添加少量低成本器件,实现自动检测输出端负载状态,负载移除后,系统待机电流降至 uA 级。

  缺点:虽然待机功耗较低,但输入电压增加,待机电流成比例增加。

  方案二:使用 LDO、三极管、稳压管、PMOS 和 XL4301 构成的低待机功耗电路为进一步降低待机功耗,将待机电流控制在 10uA 以内,使用固定 5V 输出的 LDO 替代 R1、R2、Q4、DZ。

  充电器超低待机功耗电路的四种方案 (https://ic.work/) 电源管理 第2张

  工作原理:电路如上图蓝色虚线框内所示,输入端接上电池后 LDO 工作,A 点电压 VA 稳定在 6.2V 左右,当 USB 接口不带载时,I1=0,则 Q3 关断,即 VB=0,Q1 关断实现低待机功耗的功能;

  当 USB 口带载时,I1 给负载供电,Q3 导通,进而 Q1 导通,输入端电压给 XL4301 供电,XL4301 给后端负载供电。

  优点:使用超低待机功耗 LDO,可以将待机电流控制在 10uA 以内,且待机电流不随输入电压变化而变化。

  针对 36V/48V/60V 电池供电,输出 5V 的 USB 接口,采用方案三和方案四降低待机功耗。

  方案三:使用三极管、稳压管、PMOS 和高压 DC 芯片 XL7046 构成的低待机功耗电路

  充电器超低待机功耗电路的四种方案 (https://ic.work/) 电源管理 第3张

  备注: 10ΩNTC 电阻用于抑制输入浪涌电流。

  工作原理:电路如上图蓝色虚线框内所示,输入端接上电池后 Q4 导通,A 点电压 VA 稳定在 6V 左右 ,当 USB 接口不带载时,I1=0,则 Q3 关断,即 VB=0,Q1 关断实现低待机功耗的功能;

  当 USB 口带载时,I1 给负载供电,Q3 导通,进而 Q1 导通,输入端电压给 XL7046 供电,XL7046 给后端负载供电。

  优点:可以通过添加少量低成本器件,实现自动检测输出端负载状态,负载移除后,系统待机电流降至 uA 级。

  缺点:虽然待机功耗较低,但输入电压增加,待机电流成比例增加。

  方案四:使用 LDO、三极管、稳压管、PMOS 和高压 DC 芯片 XL7046 构成的低待机功耗电路

  为进一步降低待机功耗,将待机电流控制在 10uA 以内,使用固定 5V 输出的 LDO 替代 R1、R2、Q4、DZ。

  充电器超低待机功耗电路的四种方案 (https://ic.work/) 电源管理 第4张

  备注: 1.防止高压损坏 LDO,在 LDO 输入端串联稳压管; 2.10ΩNTC 电阻用于抑制输入浪涌电流。

  工作原理:电路如上图蓝色虚线框内所示,输入端接上电池后 LDO 工作,A 点电压 VA 稳定在 6.2V 左右,当 USB 接口不带载时,I1=0,则 Q3 关断,即 VB=0,Q1 关断实现低待机功耗的功能;

  当 USB 口带载时,I1 给负载供电,Q3 导通,进而 Q1 导通,输入端电压给 XL7046 供电,XL7046 给后端负载供电。

  优点:使用超低待机功耗 LDO,可以将待机电流控制在 10uA 以内,且待机电流不随输入电压变化而变化。

  

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