新型架構解決鋰電池充電難題

隨著無線、計算、消費類以及工業(yè)、醫(yī)療市場領域的終端應用不斷向便攜式方向發(fā)展，與鋰電池充電相關的技術問題也早已成為擺在設計人員面前的一個主要問題。除了滿足電池供電系統(tǒng)可靠性外，高效率與低成本特性也在器件選型中扮演著日益重要的角色。如何平衡三者的關系？TI的四款新品充電IC或許可以成為工程師中產品選型時的一個新選擇。

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的拓撲實現(xiàn)功率轉換為整個系統(tǒng)供電。這種方式的好處是結構簡單，成本也相對較低。然而其缺點也不容忽視：由于其判斷電池是否充滿的依據(jù)是充電電流的大小，但實際上系統(tǒng)本身在充電的同時也在消耗電池中的電流，因此系統(tǒng)根本無法精確估算電池是否已經(jīng)充滿。為了解決這一問題，人們開始引入軟件控制的方法對電池進行持續(xù)充電。不過這種方案又帶來了電池長時間持續(xù)過飽和的弊端，從而導致電池壽命降低、嚴重時還會發(fā)生爆炸的情況。因此在智能手機市場中，原本屬于筆記本電腦的開關模式電池充電技術也開始大行其道。

開關模式充電方式的原理比較容易理解：電源開關的作用是充電的時候將電池與系統(tǒng)隔離開來，而交流適配器的電流進入充電接口之后也被分為兩路，一路為電池充電，一路則通過開關向系統(tǒng)中的DC/DC直接供電。開關模式的引入解決了不飽和充電或者長時間過飽和充電的問題，然而新的問題也隨之出現(xiàn)，正如TI中國區(qū)高性能模擬產品業(yè)務開發(fā)經(jīng)理張洪為所言：“0.2美元的電源開關對于手機來說成本太高，而且由于DC/DC直接面臨適配器的過壓沖擊，這導致手機的損壞率更高。此外，其帶來的紋波噪聲也會影響手機呼叫的接通率。”


圖1. TI的新架構集成了兩個MOS管(Q1與Q2)
為了滿足便攜式終端鋰電池充電管理中所遇到的上述問題，在其最新推出的四款型號為BQ24071/線性電池充電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MOS管(如圖1所示)。其中，Q1用作預穩(wěn)壓，其作用是濾除過壓、紋波以及各種電源噪聲，以解決筆記本電腦開關模式充電方式中的缺點。同時，40mΩ的Q2則用來進行有源切換。據(jù)稱，與一般毫秒級的有源切換不同，Q2的導通時間僅有微妙級，不僅減少了自身損耗，還避免了系統(tǒng)可能發(fā)生的復位現(xiàn)象。此外，由于Q1、 Q2以及流入系統(tǒng)的電流都可以測到，這就避免了對電池是否充滿進行誤判斷的可能。而當電池充滿之后，由于沒有放電通道也不會出現(xiàn)放電的現(xiàn)象。從而徹底解決了便攜式鋰電池供電系統(tǒng)中電池充電的所有問題。