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用USB端口为设备内置电池充电技术与应用
1、问题的提出通用串行总线(USB)端口是一种带有电源和地的双向数据端口。USB可以连接所有类型的外围设备，包括外部驱动器、存楷设备、键盘，鼠标、无线接口、摄像杌和照相机、MP3播放器以及数不尽的各种电子设备。这些设备有许多采用电池供电，其中一些带有内置电池。那末对于这些带有内置电池如何充电是迫在眼前需解决的问题.而应用广泛的USB端口则带来了机遇，也带来了挑战。为此本文对如何将一个简单的电池充电器与USB电源进行接口作阐述.即从USB电源总线的特性，包括电压，电流限制、浪涌电流，连接器以及电缆连接等问题开始介绍,而后对镍氢电池(NiMH)和锂电池技术、充电方法以及充电终止技术与应用实例作分折。2、USB端口组成特征到处呈现的USB总线能够为所有类型的低功耗电子设备提供电源。虽然USB总线电源与电网隔离,并且具有很好的稳定性。但是，可用电流是受限的，同时负载和主机或电源之间存在潜在的互操作问题。2.1USB端口组成USB端口由90Ω双向差分屏蔽双绞线、VBUS(+5V电源)和地(即VBUS、D1、D2、地及Nc等5脚)组成。这4条线由铝箔内屏蔽层和编织网外屏蔽层进行屏蔽。目前最新的USB规范标准是2.0版,而要做到完全符合该规范标准，需要通过一个功能控制器来实现设备和主机间的双向通信。规范定义了1个单位负载为100mA(最大)。任何设备允许吸取的最大电流为5个单位负载。2.2USB端口特征USB端口可分为低功率端口和大功率端口两类，低功率端口可提供1个单位负载的电流，大功率端口可最多提供5个单位负载的电流。当设备刚连接到USB端口时，则上升(枚举)过程时要对设备进行识别，并确定其负载要求。在此过程中，只允许设备从主机吸取最多1个单位负载的电流。上升(枚举)过程完成后，在获得主机的电源管理软件允许后，则大功率设备可以吸取更大的电流。某些主机系统(包括USB集线器)通过保险丝或者有源电流检测器提供限流功能。如果USB设备未经过上升过程便从USB端口吸取大电流(超过1个单位负载)，则主机会检测到过流状态，并会关闭正在使用的一个或多个USB端口。当主机操作系统采用高级电源管理时情况会更加复杂，特别是笔记本电脑，它总是希望端口电流尽可能低。在某些节电模式下,计算机会向USB设备发出挂起命令，而后则认为设备进入了低功耗模式。设备中包含一个能与主机进行通信的功能控制器始终是一个比较好的做法，即使对于低功耗设备来说也是如此。2.2USB2.0规范电源质量标准USB2.0规范非常全面，规定了电源的质量、连接器构造、电缆材质、容许的电压跌落以及浪涌电流等。低电流和大电流端口具有不同的电源指标。这主要是由主机和负载间的连接器和电缆上的电压跌落决定的，并包括由USB供电的集线器上产生的电压跌落。包括计算机或者自供电USB集线器在内的主机，都具有大电流端口，可提供最大500mA的电流。而无源、总线供电的USB集线器具有低电流端口。表1列出了USB大电流和低电流端口上游端(电源)引脚允许的电压容限。

在符合USB2.0规范的主机中，大功率端口的上游端具有120pF、低ESR电容。所连接的USB设备的输入电容限制在10pF以内，在最初的负载连接阶段，允许负载从主机(或自供电集线器)吸取的最大电荷数为50μC。这样一来，当新设备连接至USB端口时，上游端口的瞬态电压跌落小于0.5V。如果负载正常工作时需要更大的输人电容，则必须提供浪涌电流限制器，以保证对更大的电容充电时电流不会超过100mA。

当USB端口带有一个总线供电的USB集线器，集线器上接了低功耗设备时，USB口上允许的直流电压跌落如图1所示。大功率负载与总线供电的集线器连接时，电压跌落将超过图1给出的指标，并会引起总线过载。3、电池充电要求3.1关于单节锂离子和锂聚合物电池如今的锂电池充电至最大额定容量后，其电压通常为4.1V至4.2V之间。当前市场上正在出售的、更新的、容量更大的电池，其电压范围在4.3V至4.4V之间。典型的棱柱形锂离子(Li+)和锂聚合物(Li-Poly)电池容量为600mAh至1400mAh。3.11Li+和Li-Poly的CCCV充电器与充电终止技术*Li+和Li-PolyCCCV充电器对Li+和Li-Poly电池来说，，首选的充电曲线是从恒流充电开始，一直持续到电池电压达到额定电压。然后，充电器对电池两端的电压进行调节。这两种调节方式构成了恒流(CC)恒压(CV)充电方式。因此，这种类型的充电器通常称为CCCV充电器。CCCV充电器进入CV模式后，电池的充电电流开始下降。若采用0.5C至1.5C的典型充电速率充电，则当电池达到其充满容量的80％至90％时，充电器由CC模式转换为CV模式。充电器一旦进入CV充电模式，则对电池电