各種手持式電子裝置都有一共同之處，亦即具有可充電電池，大部分還具有內建充電電路。當外部電源，例如交流電(AC)變壓器或通用序列匯流排(USB)連接線接至輸入終端時，充電電路將對電池進行充電。當連接外部電源時，若此裝置為啟動狀態，則理想上，此裝置應盡可能從外部電源汲取電力，以節省電池電力。
欲實現此功能須具備自動電源選擇電路，其一般是整合在充電器控制IC中。針對電源管理，設計工程師可以二選一，選擇動態或靜態電源路徑管理(SPPM)。
DPPM方案應用普及
在使用電池的手持式應用中，動態電源路徑管理(DPPM)是最常見的方法(圖1)。主要的傳輸元件(Pass Element)QMAIN為穩壓器，可提供調節過的輸出電壓VOUT。次要的傳輸元件QCharge則是充電控制元件，由VOUT驅動，針對電池充電提供恆流或恆壓。在充電時，若輸出電流超過電源電流範圍，則QCharge將成為一個開關，連接電池和系統，以提供一部分必需的輸出電流。
 |
| 圖1 動態電源路徑管理方塊圖 |
DPPM有數個優點。首先，當電池完全沒電時，DPPM可以讓此裝置利用外部電源立刻獲得電力。如果沒有電源路徑管理，則在此電力耗盡的電池內，未被充電至系統可開啟的電壓水平，一般為3伏特(V)之前，此系統無法獲得電力。根據充電器電路的涓流充電設定不同，此段等待時間可能會從數分鐘到數十分鐘不等。
第二，當利用外部電源對電池進行充電時，DPPM可將來自外部電源的可用電流分為兩路，一路將必要的電力傳送至手持式系統，另一路則提供電池充電所需的充電電流。當到達此外部電流的輸入電流極限時，此電源路徑管理會將傳送至手持式系統的電流列為優先。如此一來，若電池在系統啟動的情況下進行充電，則它在很短的時間內便能充飽。當除去外部電流後，QCharge會立刻全面開啟，讓電池和系統連接，提供系統所需的全部電力。
然而，DPPM方法存在許多限制。第一個限制是系統電流快速瞬變中的壓降問題，這會發生在電池充電期間，若此系統電流為突升模式，便意味著輸出端的負載電流會週期性地由趨近於零快速升至2安培以上。由於此電流會超過輸入電源的最大能力，因此充電場效電晶體(Charge FET)必須逆轉電流，以供應部分的突升電流(Burst Current)。由於電流逆轉的時間有限，在此落差期間，輸出電壓會下降，導致電流會扭曲(Distortion)(圖2)。
 |
| 圖2 動態電源路徑管理瞬變電流反應 |
第二個限制則是IC設計的成本和複雜度，因為其中包含兩個須要調節的傳輸元件。其中之一為調節傳送至系統的輸出電壓，另一個則是調節電池充電的電壓或電流。
SPPM解決電壓下降
針對上述第一個目標的達成，靜態電源路徑管理是較簡化的解決方案，且不會產生電壓下降的問題。然而此一解決方案並無法將系統和充電電流列為優先。
SPPM方法的概念如圖3～4所示。主要的FET QMAIN為充電控制器元件。其中的開關SW1連接電池和系統。當電池電壓超過VPPM門檻(系統最低操作電壓，一般是3.2伏特)，此開關會導通，且無論是否存在外部電源，電池都會連接至系統。如此一來，當此突升電流被系統汲取時，由於開關已打開，因此電池也已準備好供應所需的電流，這解決了電壓突降和電流扭曲的問題(圖5)。由於此設計僅需一個調節元件，便能調節輸出電壓或充電電池的電流，因此IC設計的複雜度及成本也得以降低。
 |
| 圖3 靜態電源路徑管理方塊圖 |
 |
| 圖4 靜態電源路徑管理控制程序 |
如果電池電壓低於VPPM門檻，SW1會斷開，則VOUT會成為一個4.2伏特的恆壓來源，為系統供應電壓。在此同時，一個50毫安培(mA)的恆流源ITRKL會被啟動，以細流充電模式對電池進行充電，直到其電壓達到VPPM門檻，亦即具磁滯現象(Hysteresis)，之後SW1會關閉，然後此電池會連接至系統，如此可解決電力枯竭的電池的啟動問題。
由於SPPM可解決電池電力耗盡時的系統啟動問題，因此正逐漸成為頗受手持式應用青睞的電池充電解決方案。
 |
| 圖5 靜態電源路徑管理瞬變電流反應 |
(本文作者任職於英特矽爾)