針對手機(jī)應(yīng)用改良電池充電IC的設(shè)計(jì)原理

我們現(xiàn)在處于一個(gè)全球無線互聯(lián)的時(shí)代，幾乎沒有什么比時(shí)刻保持手機(jī)或移動(dòng)上網(wǎng)設(shè)備處于通電狀態(tài)來的重要。隨著便攜式和手持式設(shè)備上的功能不斷擴(kuò)展，電池充電器IC的設(shè)計(jì)人員也面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)。高分辨率屏幕，更大的存儲能力以及設(shè)備上的新功能都增加了電池的負(fù)荷，這不僅僅需要更好的電池充電技術(shù)，而且還需具備高效的電源管理能力。

降低功耗以延長電池壽命，這一直是手持式電源管理的源動(dòng)力。然而，現(xiàn)在消費(fèi)者對充電器的充電效率也有所期待，希望能夠縮短設(shè)備的充電時(shí)間，新一代的充電器設(shè)計(jì)采用開關(guān)充電器替代傳統(tǒng)的線形充電器，除了提供傳統(tǒng)線形充電器所擁有的高效率之外，最大的優(yōu)勢就是能提高由電源提供的充電電流。當(dāng)USB端口斷電時(shí)，可用的電流被限制在可能不到500mA，而此時(shí)，這個(gè)優(yōu)勢就顯得尤為重要。更高的電流意味著更短的充電時(shí)間，這完全符合消費(fèi)者的需求。

現(xiàn)在，大多數(shù)手持式設(shè)備都采用了兩種電池充電器，一種是線性充電器，另一種是開關(guān)充電器。線性充電器已有較長的歷史，充電方式比較簡單有效，噪聲很小，且沒有太多外部元件。但是，隨著便攜式設(shè)備越來越復(fù)雜，新功能層出不窮，高容量電池的需求就更加強(qiáng)烈。線形充電器的缺點(diǎn)是功耗太大，特別是在設(shè)備邊充電邊使用的時(shí)候尤為明顯，此時(shí)產(chǎn)生的熱量可能損壞系統(tǒng)或電池。

可供選擇的有開關(guān)充電器或開關(guān)模式電池充電器IC，它可以使用盡可能少的電量，為電池提供更高的電流。從過往經(jīng)驗(yàn)來看，這類IC一般會存在一些噪聲問題。此外，前幾代的開關(guān)式充電器還需要一些外部元件。

然而，開關(guān)式電池拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)勢也是顯而易見。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。此類裝置還能利用較高的輸入電壓充電，使用成本較低的非穩(wěn)壓適配器。還可以提高來自限流電流源的充電電流。

開關(guān)充電器通常在輕負(fù)載運(yùn)行時(shí)會產(chǎn)生噪聲，特別是在預(yù)處理過程中。隨著噪聲的減少，開關(guān)充電器會進(jìn)入脈沖跳躍(pulse skipping)模式運(yùn)行。在脈沖跳躍模式中，PWM頻率異步變化。目前開發(fā)的電池充電器IC，可以在使用開關(guān)充電器時(shí)提供高充電電流，且對系統(tǒng)的熱影響非常小，而在低電流充電模式下切換到線性充電器，以減少噪聲。這種可提供線性模式的PWM開關(guān)模式充電器可以在全恒流(快速充電)條件下實(shí)現(xiàn)高效率。開關(guān)充電器可利用PWM開關(guān)穩(wěn)壓器控制高達(dá)2A的恒流充電。當(dāng)電池處于預(yù)處理過程以及恒壓尖峰(taper)充電模式快結(jié)束時(shí)，設(shè)備會自動(dòng)轉(zhuǎn)換到線形模式，以降低噪聲，并利用開關(guān)模式加快充電。一旦充電電流值低于300mA，線性模式會完全啟動(dòng)，開關(guān)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的噪聲就會消除。

但是，現(xiàn)在充電技術(shù)有了進(jìn)一步的發(fā)展。例如，一種用于新型手持式設(shè)備的單節(jié)鋰離子/聚合物電池充電器解決方案，它的充電電流高達(dá)1A，具備先進(jìn)的電充滿顯示功能，可以實(shí)現(xiàn)全程充電系統(tǒng)監(jiān)控。符合USB標(biāo)準(zhǔn)的100mA/500mA充電電流設(shè)置有助于實(shí)現(xiàn)可編程預(yù)充電和快速充電。許多產(chǎn)品還具備電池溫度監(jiān)測功能，以確保安全充電。

Intersil等公司正在開發(fā)新一代充電器IC技術(shù)。這些完全集成的解決方案非常適合緊湊型應(yīng)用，還能為高功率應(yīng)用提供充電控制功能。目前，充電電壓精度能達(dá)到0.5%，較前幾年的1%有很大改善。開關(guān)頻率可達(dá)3MHz，而且新型開關(guān)充電器可提供高達(dá)2A的充電電流，最新的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例是ISL9220，它適用于一節(jié)和兩節(jié)鋰離子電池應(yīng)用。

另外，新設(shè)計(jì)還可以限制泄漏，目前在沒有加上輸入功率時(shí)，典型的泄漏電流已低于0.5uA。而且這些改進(jìn)還可以用于更小的封裝，如4mm×4mm QFN或2mm×2mm CSP，以節(jié)省手持式設(shè)備的設(shè)計(jì)空間。

最新的電池充電器IC還能夠監(jiān)視輸入電壓、電池電壓和充電電流。當(dāng)三個(gè)參數(shù)中任意一個(gè)超出特定限額時(shí)，該IC就會關(guān)閉內(nèi)部N溝道MOSFET，使充電系統(tǒng)停止對電池充電。利用這些重要的器件可以靈活地提高效率，這對持續(xù)增長、功能不斷擴(kuò)充的移動(dòng)、手持式產(chǎn)品是至關(guān)重要的。