电源路径设计（也称负载均衡）为您的设备提供从输入电源到系统的专用路径，同时另一条路径用于电池充电。充电会在电压和电流达到阈值时终止。
如果没有它，运行中的设备会与充电器争夺电流。电池电量会耗尽，充电时间会延长，负载电流也会干扰终端测量结果。
这对于医疗、机器人、安防、基础设施和工业市场中采购定制锂电池组的设备原始设备制造商 (OEM) 而言至关重要。各种权衡取舍取决于具体应用，并且需要进行系统验证。
接下来分为四个部分：电源路径的重要性、关键电路元件、充电期间的操作以及充电终止和验证。
关键精华
电源路径设计允许您的设备通过适配器运行，同时电池单独充电。
合适的输入预算和电源路径控制器可以减少不必要的电池放电；补充模式仍然可能会消耗电池电流。
之所以能够准确终止充电，是因为充电器只测量电池电流。
电池组无电或电量耗尽时的启动取决于控制器、电源预算和负载曲线，必须进行测试。
在批准设计方案之前，务必使用实际尺寸在工作台上进行验证。
第一部分：为什么电源路径设计对OEM设备至关重要
1.1 简单充电的问题
与您的电池组“兼容”的充电器只能调节输入电池的电流和电压，却无法同时调节您的设备如何消耗电量。这就是通用充电器兼容性和真正负载均衡之间的差距。
电源路径设计弥合了这一差距。它为系统负载提供了一条来自适配器的独立供电路径，并为电池预留了一条独立的稳压路径。您的设备不再通过充电器的电池端子汲取工作电流。
考虑一款配备NMC电池组的手持式医疗监护仪。电池组规格可能允许设定特定的充电电流，但设备电子元件会消耗适配器输出的大部分电流。简单的充电器无法分离这两种电流，而电源通路电路可以。
1.2 电池耗电和充电时间冲突
如果没有负载分担，运行中的设备和充电器会争用同一电流。当负载超过适配器的供电能力时，电池会弥补不足。这样一来，电池在充电过程中就会放电，充电时间也会延长。
反复补充电池电量会影响能量输出和发热量。应评估实际的占空比，而不是将每次部分补充都计为一个完整周期。
化学性质在此至关重要。LiFePO4、LCO 和 LMO 电池组对部分循环的响应各不相同，而且单体电池的额定值与电池组的额定值也存在差异。在最终决定之前，请务必对照您实际的单体电池数据手册和系统条件验证其性能。
第二部分：电源路径电路的关键组成部分
2.1 理想二极管和输入场效应晶体管
适配器输入端连接着一个理想二极管。它的行为更像是一个近乎无损耗的开关，而非真正的二极管。当适配器连接时，它会向系统输送电流。当适配器断开连接时，它会阻止反向电流流动，防止电池反向馈电到输入端。
输入 FET 在高电流下执行相同的任务。它们的位置决定了整个电路设计。低侧 FET 位于电池接地路径中，简化了电路，但在保护事件发生时会失去接地参考。高侧 FET 位于正极路径中，使电池和系统保持共用接地，大多数设计人员出于安全考虑更倾向于这种方案。
区分充电器电源路径管理与共端口或独立端口电池组保护。根据电路要求选择开关配置，并验证反向电流阻断、浪涌电流和故障行为。
2.2 充电控制器和系统负载路径
充电控制器负责调节电池的电流和电压。系统负载路径直接从适配器取电。它们共同构成了一个中间节点，通常称为第三节点，位于输入、电池和系统之间。该节点支持即时启动功能。即使电池电量耗尽或未充电，您的设备也能通过适配器启动。
电池管理系统负责监控此节点后的电池组。模拟前端检测电芯信号并标记故障。电量计估算电池的充电状态和健康状态。微控制器运行诊断和通信，辅助保护器提供冗余安全保障。电芯均衡功能有助于管理串联组之间的不平衡（如有实现）。您可以在[此处插入链接]阅读更多关于这些功能的信息。 BMS和PCM页面良好的电源路径设计将控制器与能够报告准确电池数据的 BMS 配对。
第三部分：运行过程中电源路径设计如何工作
3.1 从输入源为系统供电
适配器首先承载系统负载。电源路径设计将输入电流直接输送到设备电子元件，电池则连接到单独的分支电路。您的设备由墙壁电源供电，而不是由电池组供电。
输入电流预算决定了上限。假设一个示例适配器提供固定电流，而你的电路板在峰值负载下会消耗大部分电流。只有剩余的电流才能流入电池。选择适配器时，应根据最坏情况负载电流和目标充电电流之和来确定其功率分配，然后在测试台上验证分配比例。这些数值仅供参考。实际的电流预算取决于适配器数据手册、电池数据手册以及系统验证结果。
请检查所选电源和充电器降额曲线、机箱温度和实际冷却条件。没有通用的环境降额点、气流要求或对流减少百分比。
当适配器断电时，切换功能可确保设备继续运行。输液泵和呼吸机等医疗设备都依赖于此功能。预算中不仅要考虑切换电路，还要考虑符合 IEC 62133 标准的电池安全性和电池老化问题。
根据实际主机需求定义允许的线路电压下降和中断。测试适配器的移除、重新连接、负载阶跃和保护转换；仅凭应用程序名称无法确定中断容忍度。
3.2 并联充电
系统运行时，充电控制器负责电池分支的充电。它会保持一定的电流注入电池组，然后随着电池组电压接近其极限值而逐渐减小电流。在正常使用适配器供电的情况下，系统分支与检测到的电池充电路径是分离的。请分别验证补充充电模式和其他模式。
这种独立性正是关键所在。简单的充电器测量的是混合了负载和充电电流的单一电流。而功率路径充电器则只测量充电电流。这种分离有助于实现精确的端接，这在第四部分中将详细介绍。
第四部分：如何处理充电终止
4.1 电压和电流阈值
锂离子电池充电器分两个阶段运行。在恒流阶段，它会向电池组注入恒定电流。当电池组达到其电压极限时，充电器切换到恒压阶段并保持该电压。随着电池电量的增加，充电电流逐渐减小。
对于许多恒流/恒压充电器方案而言，终止充电需要满足电池电压和充电电流条件，这些条件由控制器特定的定时器、工作模式和温度逻辑决定。请使用所选控制器和电池的文档，而不是通用的额定电流百分比。
电压限制取决于电池的化学成分和规格。请将这些值视为典型值，并与您的电池数据手册进行核对。
根据已批准的电芯规格、串联数量、容差和保护设置，推导出电池组的充电限制。确认所有电芯均未超出其允许的条件。
同时指定充电电压、电流、终止条件、重启条件和温度限制。较低的终止电流并非必然更优；还需验证充电时间、热暴露情况和电池要求。
4.2 计时器、安全检查和验证
仅凭电流不应终止充电。应添加安全定时器，即使 ITERM 未触发，也应在设定的时间范围后停止充电。添加电池组温度检测，并在超出电池规格书允许的温度范围时暂停充电。注意那些始终未达到电压限制的电池组，并将其标记为故障。
在批准设计方案之前，请先列出需求清单：
负载均衡：确认系统在电池组充电时由适配器供电。
充电器输入预算：根据最坏情况负载加上目标充电电流来选择适配器。
终止阈值：根据电池数据手册设置充电电压和 ITERM，然后在试验台上进行验证。
热极限：检查最坏情况下的内部环境温度的降额曲线。
电源切换：定义适配器掉电时的行为，并在负载下进行测试。
使用实际测量数据验证每个项目，不要依赖数据手册中的假设。记录整个充电周期内的充电电流、电池组电压和电路板温度。
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经过验证的电源路径将系统负载与电池电流测量隔离，并控制电源切换。它不能取代独立的电池保护，也不能证明设备级安全性。只有在检查了实际负载曲线、功率预算、温度限制和故障响应之后，才能发布设计。
常见问题解答
负载共享与声称电池组兼容性的充电器有何不同？
兼容性仅说明充电器能够调节电池的电流和电压，但并不能说明您的设备是否会同时消耗电量。负载均衡功能会在适配器和系统之间建立一条独立的路径，从而避免您的电子设备通过充电器的电池端子消耗电流。
如何为跑步时充电的设备选择合适的适配器？
将最坏情况下的系统负载加到目标充电电流上，然后在测试台上确认分配比例。检查电源在最高内部环境温度下的降额曲线，而不是在室温下。无风扇设计必须使用自然对流额定值，该值通常低于强制风冷额定值。
为什么系统加载会损坏电荷终止？
简单的充电器测量的是一个混合了负载和充电电流的综合电流。如果您的设备耗电量较大，该综合电流可能永远不会降至设备阈值，因此充电循环无法干净利落地结束。而电源路径设计仅测量充电电流，从而确保终止判断的准确性。
我的设备在电池电量严重不足或电池缺失的情况下还能启动吗？
是的，如果电路在输入、电池和系统之间提供了一个中间节点。这个第三个节点可以让设备直接从适配器启动。请在您自己的硬件上验证其行为，因为即时启动取决于您的控制器和负载情况。
在批准电源路径设计之前，我应该核实哪些内容？
记录整个充电周期内的充电电流、电池组电压和电路板温度。测试适配器断电时负载下的切换情况。对照电池数据手册确认充电电压和 ITERM 设置，并检查最恶劣环境条件下的热裕度。所有结果均取决于您的占空比。
第五部分：主要技术参考
德州仪器在其报告中解释了系统电流和电池电流分离的原理。 电源路径充电器技术文章仍需对照所选控制器的数据手册检查组件的具体行为。
