USB端口对NiMH电池智能充电的实现

　　概述

　　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、存储设备、键盘、鼠标、无线接口、摄像机和照相机、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。对于电池充电设计来说，应用广泛的USB既带来了机遇，也带来了挑战。本文阐述了如何将一个简单的电池充电器与USB电源进行接口。文章回顾了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问题。同时介绍了镍氢电池(NiMH)和锂电池技术、充电方法以及充电终止技术。给出 了一个完整的示例电路，用于实现USB端口对NiMH电池智能充电，并给出了充电数据。

　　USB特性

　　USB总线能够为低功耗电子设备提供电源。总线电源与电网隔离，并且具有很好的稳定性。但是，可用电流有限，同时负载和主机或电源之间存在潜在的互操作问题。

　　USB端口由90Ω双向差分屏蔽双绞线、VBUS (+5V电源)和地组成。这4条线由铝箔内屏蔽层和编织网外屏蔽层进行屏蔽。最新的USB规范标准是2.0版，可以从USB组织免费获得。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。

　　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，枚举过程对器件进行识别，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。枚举过程完成后，如果主机的电源管 理软件允许，则大功率设备可以吸取更大的电流。

　　某些主机系统(包括下游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设备未经过枚举过程便从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。市场上供应的许多USB设备，包括独立电池充电器，都没有功能控制 器来处理枚举过程，但吸取的电流却超过了100mA。在这种不恰当的条件下，这些设备可能导致主机出现问题。例如，如果一个吸取500mA电流的设备插入 总线供电的USB集线器，而且未进行正确的枚举过程，则可能导致集线器端口和主机端口同时过载。

　　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。