SGM41570 系列 笔记本电脑充电应用设计及系统效率估算

作者：王伟苏 成红玉（通信作者）
校阅：刘颖杰 田怀山

摘要

随着USB Type-C接口与USB PD （Power Delivery）技术在个人电子设备领域的普及，USB Type-C接口已成为笔记本电脑的主流充电接口，而电池充电器芯片在电池充电应用中又发挥了至关 重要的作用。本文从USB Type-C概念出发，先了解其电力传输连接；然后结合圣邦微电子推出的SGM41570系列升降压NVDC电池充电器芯片，重点阐述笔记本电脑充电应用外围电路设计，并对系统满载时的损耗进行评估，最终将损耗占比绘制为圆饼图。方便设计者根据各个损耗的占比大小，直观的评估设计损耗是否满足要求，进而优化设计。

1 USB Type-C概述

USB Type-C 是一种革命性的接口技术，它凭借其纤薄的设计、正反可插的便利性，以及强大的 数据传输和电力供应能力，彻底改变了笔记本电脑和其他数字设备的连接方式。在笔记本电脑应用中，USB Type-C 不仅简化了接口规范，实现了数据线的统一，还通过集成USB PD技术，支持高达240W^[1]的电力传输，从而能够快速、高效地为笔记本电池充电。这不仅大幅缩短了充电时间，还使得笔记本电脑能够在更广泛的场景下，仅需一根轻便的Type-C线缆就能同时满足充电、数据传输乃至视频输出的需求，极大提升了用户的移动性和使用体验。此外，Type-C接口的双向充电功能，意味着笔记本电脑在必要时也能充当其他设备的电源，增加了使用的灵活性和实用性。

典型的USB Type-C电力传输连接^[2]如图1所示，其主要包含三大组件：USB PD控制器、电池充电器、电池计量芯片。框图中的各个组件通过复杂的逻辑和控制策略协同工作，实现电力的高效、安全传输，以及数据传输。

2 SGM41570 系列简介

SGM41570系列产品包含支持SMBus接口的SGM41570^[3]和支持I²C接口的SGM41573^[4]两颗芯片，是一款功能强大的同步升降压型锂电池充电控制器，特别为需要高效充电及电源路径管理的应用设备而设计，如笔记本电脑和扫地机器人等。它支持1节至4节锂电池的充电，并集成了多种先进的功能以满足多样化的充电需求。

首先，SGM41570 具有广泛的输入源兼容性，能够灵活处理来自传统适配器、USB适配器以及 高压USB PD源的输入。基于输入源和电池的实际状态，该控制器在上电过程中能够自动切换为降压、升压或升降压模式，无需主机控制干预，从而确保充电过程的高效和安全。

其次，SGM41570 具备窄电压直流充电（NVDC）路径管理功能，以及动态功率管理（DPM）功能，这些功能使得电源分配更加优化，充电效率更高。此外，该芯片还支持USB OTG（On-The-Go）模式，这意味着在需要时，它可以给外设供电，进一步扩展了应用场景。

当USB OTG端口没有外部负载时，SGM41570支持V_MIN主动保护（VAP）功能，在系统功率较大时，避免系统电压跌落。同时，该芯片能够监控适配器电流、电池电流和系统功率，并在系统功率超出适配器和电池的可用功率时，发出一个灵活编程的nPROCHOT脉冲，通知CPU进行节流操作，以避免设备过载和损坏。

综上所述，SGM41570是一款集高效率充电、智能电源路径管理、广泛输入源兼容性和丰富保护功能于一体的锂电池充电控制器，为各种需要锂电池充电的应用设备提供了理想的解决方案。

3 笔记本电脑应用设计

在笔记本电脑应用设计中，升降压充电芯片能够为电脑提供更灵活的电源适配能力和更高效的电源管理。本节采用SGM41570降压-升压电池充电控制器，基于最高20V适配器电压，4节电池，100W系统峰值功耗的笔记本电脑应用进行设计。该参考设计在100W系统功率下具有高达96.7%的峰值效率。