新型架構(gòu)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(lǐng)域的終端應(yīng)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)問題也早已成為擺在設(shè)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(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(zhuǎn)換為整個系統(tǒng)供電。這種方式的好處是結(jié)構(gòu)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(dǎo)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(guān)模式電池充電技術(shù)也開始大行其道。

開關(guān)模式充電方式的原理比較容易理解：電源開關(guān)的作用是充電的時候?qū)㈦姵嘏c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(guān)向系統(tǒng)中的DC/DC直接供電。開關(guān)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(chǎn)品業(yè)務(wù)開發(fā)經(jīng)理張洪為所言：“0.2美元的電源開關(guān)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(dǎo)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?！?BR>

圖1. TI的新架構(gòu)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(jié)構(gòu)——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(yù)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(guān)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(dǎo)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(fù)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(dāng)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。