用充电IC实现手机快速充电

5 快充的效率

充电IC普遍效率是88%、89%，TI MaxCharge bq2589x系列可在3.5A提升到91%，这等于有2个百分点的提升。由于效率的提升，在TI的实测中，温度上升得很低，室温下，测试板上温度仅仅上升18℃，以前要上升30多℃。

温升直接决定了用户体验。因为现在手机的适配器、主芯片、电池充电的温升/散热是很重要的技术瓶颈。所以很多设计体验，由于散热不佳不得不采取折中办法。



6 放电

今天的Charger IC设计，所有的MOS管都集成在里面，采用串联电路，这样充电时要经过MOS管，但放电的时候会受到限制，放电时要通过一个MOS管(Q4)。

图3是charger IC的主流架构图，左侧是适配器的输入端，通过电感电流流进入，最后进入右侧大IC里再充电。现在用手机打电话时，放电过程一定要通过Q4元件，TI MaxCharge bq2589x的特色是，放电电流可以支持得很大，因为Q4的MOS管的阻抗值只有11mΩ(表1)，堪称业界最低的阻抗。打电话进来，主要是功放工作，因为你要搜寻GSM信号时要把功率调得很大，接收塔才能接收到。因此电路这边需要很大的瞬态电流(尖峰电流)。MaxCharge的Q4阻抗很小;如果是其他的设计方案，由于内置Q4 MOS管的阻抗不够小，它里面还要再加元件，增加了成本。

具体来看，图3的电线是有阻抗的，其实IC里也有电阻，这些电阻会增加损耗。如果不计成本，这些阻抗越小越好(注：MOS管阻抗越小IC成本越高)。TI能在相应成本之下把阻抗降到市场最低，这是MaxCharge最大的亮点。以前5V时，电池充电到3.7V~4V，5V、4V和3.7V差异很小，一个5V到右侧3.7V实际差异不大，因此Q3导通的时间很短，这是切换电路：Q2-Q3，Q3-Q2两个交替切换，实现能量高效率转移。以前5V时，Q2的导通时间是最长的，所以Q2的阻抗要越低越好。



9V到14V差距很大，这要求Q2的导通时间要缩短，Q3的导通时间要加长，到了MaxCharge bq2589x，TI第一次把Q3阻抗降得比Q2还要低。Q3阻抗直接降到16mΩ(如表1)。这也是MaxCharge区别于竞争对手的很大差别，即Q3的阻抗直接让MaxCharge的效率有显著提高。

图4是Q2和Q3的损耗，它的切换频率是1.5V，属高频切换，这样的波形一直切换下去进行充电，它的占空比可以从此图看出来。                                
               
那么，Q3的16mΩ是怎么实现的?如果看芯片的设计，芯片是在SiO2基板上面做的很多流程。一般MOS管在芯片里占的面积是最大的，众所周知，面积越大电阻越小，电流是垂直穿过去的。要想实现16mΩ，必须要加大MOS管的面积，这样成本也会相应增加。关键在于MaxCharge bq2589x突破了很多设计限制，进行了优化(比如把数字部分缩小一点)，使之与之前的芯片(bq2419x)管脚兼容。

在散热方面，MaxCharge也有一些封装讲究：芯片采用QFN(四方扁平无引线)封装，特点是QFN封装下面有Power Pad(焊盘)。在bq2419x系列之前，手机上的Charger IC最初是集成在PMU里的，采用BGA或CSP封装，等到不得不把Charge分出来的时候，Charger IC也为了节省空间，都用BGA封装。BGA封装，即把晶圆上切割下来的die(芯片)的反面Pad上装上焊球，即die本身就是封装，是最省空间的。MaxCharge之所以采用QFN封装，主要考虑散热，由于QFN封装下面有Power pad，因此封装比BGA大一些，需要焊接在整个电路板上，热是分散的，不是浓缩在一点的。当然，如果电池小的话，也没有必要用大封装快充，也就不需要QFN。

7 快充对电池的寿命影响

两年前TI推出了MaxLife，是为了在快速充电情况下兼顾电池的充电寿命。对于任何一个电芯来说，只要用大电流之后一定会让寿命减少。比如电芯本来有500个循环，用大电流之后，它就只有450个循环。今天的电池技术已经能做到相当多的循环次数，就算用1.5C充电，也能做几百个Cycle(循环)以上。

MaxLife实质上是电量计，利用MaxLife技术实时监控电芯老化特性，具体地，是用电量计控制Charge，Charge初始情况下设置1.5C，但发现电池老化很快的时候可能会把1.5C降下来。

但有些场合不需要MaxLife。例如大平板，平板4000、5000mAh的都有，即要用大电流，就算已经到了3A还不会损坏电池的寿命，还小于0.7C，这样的用户没必要用MaxLife技术。

8 快充适配器

目前的快充是统一的接口，能否快充取决于所用的适配器技术。市场上通用适配技术做不了快充，因为功率限制。适配器必须有升压功能才行，即适配器必须有握手的条件。