電池充電器IC的改進(jìn)使移動(dòng)手機功能的同步快速增長(cháng)

　　現在，大多數手持式設備都采用了兩種電池充電器，一種是線(xiàn)性充電器，另一種是開(kāi)關(guān)裝置。線(xiàn)性充電器有已有較長(cháng)的歷史。這類(lèi)充電器通常具備一個(gè)比較有效的、簡(jiǎn)單的方法為便攜式設備充電，噪聲最小，又沒(méi)有很多外部元件。但是，便攜式設備已變得越來(lái)越復雜，增加了很多新的功能，所以需要更高的電池容量。很明顯，如果用戶(hù)想要在使用設備的同時(shí)給充電，由于功耗的緣故，線(xiàn)性充電器存在著(zhù)一些弊端。在使用的同時(shí)充電所產(chǎn)生的熱量可能損壞系統或電池。這不是一個(gè)好現象。

　　另一種選擇是開(kāi)關(guān)裝置或開(kāi)關(guān)模式電池充電器IC，它可以為電池提供更高水平的電流，而需要盡可能少的電力。從過(guò)往的經(jīng)驗看，這類(lèi)IC曾經(jīng)存在一些噪聲問(wèn)題。此外，前幾代的一些開(kāi)關(guān)式裝置還需要更多的外部元件。

　　然而，開(kāi)關(guān)式電池拓撲結構的優(yōu)勢也是顯而易見(jiàn)。這些優(yōu)勢包括更高的效率和更低的功耗，還有更短的充電時(shí)間。這些裝置還能利用較高的輸入電壓充電，可以使用成本較低的非穩壓適配器。這類(lèi)裝置可以提高來(lái)自限流電流源的充電電流。

　　在輕負載運行時(shí)，開(kāi)關(guān)充電器通常會(huì )產(chǎn)生噪聲，特別是在預處理過(guò)程中。隨著(zhù)電流的減少，許多開(kāi)關(guān)充電器可進(jìn)入眾所周知的脈沖省略(pulse skipping)運行。在脈沖省略中，PWM頻率變?yōu)楫惒?。目前開(kāi)發(fā)的電池充電器IC可提供高充電電流，對使用開(kāi)關(guān)充電器的系統的熱影響也最小，然后可以在低電流充電模式下切換到線(xiàn)性充電器，以盡量減少噪聲。這種類(lèi)型的線(xiàn)性模式的PWM開(kāi)關(guān)模式充電器有了長(cháng)足的發(fā)展，可以在全恒流(快速充電)率下實(shí)現高效率。開(kāi)關(guān)充電器可以利用PWM開(kāi)關(guān)穩壓器控制高達2A的大恒流充電。它可以自動(dòng)切換到線(xiàn)性模式，對電池進(jìn)行預處理，并接近恒壓減流充電(taper charge)模式的目標，從而降低噪聲，并利用開(kāi)關(guān)模式加快充電。一旦充電電流值低于300mA，線(xiàn)性模式即完全取消，同時(shí)限制開(kāi)關(guān)轉換器產(chǎn)生的噪聲。

　　圖2. 采用ISL9220充電器IC的單節鋰離子電池應用效率曲線(xiàn)實(shí)例

　　但是，現在充電技術(shù)有了進(jìn)一步的發(fā)展。例如，新型手持式設備的理想解決方案是一個(gè)用于單節鋰離子/聚合物電池的完整的充電器，其充電電流高達1A，具備先進(jìn)的顯示功能，可以實(shí)現全程充電系統監控。符合USB標準的100mA/500mA充電電流設置有助于實(shí)現可編程預充電和快速充電。許多產(chǎn)品還具備電池溫度監測功能，以確保安全充電。

　　Intersil等公司正在引領(lǐng)新一代充電器IC的發(fā)展。這些完全集成的解決方案適合緊湊的應用，可以實(shí)現更高功率應用的充電控制器。目前，充電電壓精度在短短幾年前得到了改善，已達到0.5%，而當時(shí)1%的精度已被認為很好。新的開(kāi)關(guān)充電器的開(kāi)關(guān)頻率可高達3MHz，現在可以提供高達2A的充電電流，最新的一個(gè)例子是適用于一節和兩節鋰離子電池的應用的Intersil公司的ISL9220。

　　圖3. 用于單節鋰離子電池應用的ISL9220典型應用電路

　　另外，新設計還可以限制泄漏，即在沒(méi)有加上輸入功率時(shí)，現在流出電池的典型泄漏電流已低于0.5uA。這些改進(jìn)也可以用越來(lái)越小的封裝實(shí)現，如4mm×4mm QFN或2mm×2mm CSP，這些封裝可以節省空間受限的手持式設備的電路板空間。

　　最新的電池充電器IC還能夠監視輸入電壓、電池電壓和充電電流。當三個(gè)參數的任意一個(gè)超出特定限額時(shí)，該IC就會(huì )關(guān)閉內部N溝道MOSFET，使充電系統不再對電池進(jìn)行充電。利用這些重要的器件可以靈活地提高效率，這對持續增長(cháng)、功能不斷擴充的移動(dòng)、手持式產(chǎn)品是至關(guān)重要的。