新型架構解決鋰電池充電難題

隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)、計算、消費類(lèi)以及工業(yè)、醫療市場(chǎng)領(lǐng)域的終端應用不斷向便攜式方向發(fā)展，與鋰電池充電相關(guān)的技術(shù)問(wèn)題也早已成為擺在設計人員面前的一個(gè)主要問(wèn)題。除了滿(mǎn)足電池供電系統可靠性外，高效率與低成本特性也在器件選型中扮演著(zhù)日益重要的角色。如何平衡三者的關(guān)系？TI的四款新品充電IC或許可以成為工程師中產(chǎn)品選型時(shí)的一個(gè)新選擇。

有必要介紹一下目前主要的手機電池充電方式。在過(guò)去，采用鋰電池的手機、GPS等便攜式終端大都采用充電IC加DC/DC或者PMU的拓撲實(shí)現功率轉換為整個(gè)系統供電。這種方式的好處是結構簡(jiǎn)單，成本也相對較低。然而其缺點(diǎn)也不容忽視：由于其判斷電池是否充滿(mǎn)的依據是充電電流的大小，但實(shí)際上系統本身在充電的同時(shí)也在消耗電池中的電流，因此系統根本無(wú)法精確估算電池是否已經(jīng)充滿(mǎn)。為了解決這一問(wèn)題，人們開(kāi)始引入軟件控制的方法對電池進(jìn)行持續充電。不過(guò)這種方案又帶來(lái)了電池長(cháng)時(shí)間持續過(guò)飽和的弊端，從而導致電池壽命降低、嚴重時(shí)還會(huì )發(fā)生爆炸的情況。因此在智能手機市場(chǎng)中，原本屬于筆記本電腦的開(kāi)關(guān)模式電池充電技術(shù)也開(kāi)始大行其道。

開(kāi)關(guān)模式充電方式的原理比較容易理解：電源開(kāi)關(guān)的作用是充電的時(shí)候將電池與系統隔離開(kāi)來(lái)，而交流適配器的電流進(jìn)入充電接口之后也被分為兩路，一路為電池充電，一路則通過(guò)開(kāi)關(guān)向系統中的DC/DC直接供電。開(kāi)關(guān)模式的引入解決了不飽和充電或者長(cháng)時(shí)間過(guò)飽和充電的問(wèn)題，然而新的問(wèn)題也隨之出現，正如TI中國區高性能模擬產(chǎn)品業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)經(jīng)理張洪為所言：“0.2美元的電源開(kāi)關(guān)對于手機來(lái)說(shuō)成本太高，而且由于DC/DC直接面臨適配器的過(guò)壓沖擊，這導致手機的損壞率更高。此外，其帶來(lái)的紋波噪聲也會(huì )影響手機呼叫的接通率?！?BR>

圖1. TI的新架構集成了兩個(gè)MOS管(Q1與Q2)
為了滿(mǎn)足便攜式終端鋰電池充電管理中所遇到的上述問(wèn)題，在其最新推出的四款型號為BQ24071/線(xiàn)性電池充電IC中，TI采用了一種特有的結構——除了充電控制器外，這些器件中還集成了兩個(gè)MOS管(如圖1所示)。其中，Q1用作預穩壓，其作用是濾除過(guò)壓、紋波以及各種電源噪聲，以解決筆記本電腦開(kāi)關(guān)模式充電方式中的缺點(diǎn)。同時(shí)，40mΩ的Q2則用來(lái)進(jìn)行有源切換。據稱(chēng)，與一般毫秒級的有源切換不同，Q2的導通時(shí)間僅有微妙級，不僅減少了自身?yè)p耗，還避免了系統可能發(fā)生的復位現象。此外，由于Q1、 Q2以及流入系統的電流都可以測到，這就避免了對電池是否充滿(mǎn)進(jìn)行誤判斷的可能。而當電池充滿(mǎn)之后，由于沒(méi)有放電通道也不會(huì )出現放電的現象。從而徹底解決了便攜式鋰電池供電系統中電池充電的所有問(wèn)題。