新型架构解决锂电池充电难题

随着无线、计算、消费类以及工业、医疗市场领域的终端应用不断向便携式方向发展，与锂电池充电相关的技术问题也早已成为摆在设计人员面前的一个主要问题。除了满足电池供电系统可靠性外，高效率与低成本特性也在器件选型中扮演着日益重要的角色。如何平衡三者的关系？TI的四款新品充电IC或许可以成为工程师中产品选型时的一个新选择。

有必要介绍一下目前主要的手机电池充电方式。在过去，采用锂电池的手机、GPS等便携式终端大都采用充电IC加DC/DC或者PMU的拓扑实现功率转换为整个系统供电。这种方式的好处是结构简单，成本也相对较低。然而其缺点也不容忽视：由于其判断电池是否充满的依据是充电电流的大小，但实际上系统本身在充电的同时也在消耗电池中的电流，因此系统根本无法精确估算电池是否已经充满。为了解决这一问题，人们开始引入软件控制的方法对电池进行持续充电。不过这种方案又带来了电池长时间持续过饱和的弊端，从而导致电池寿命降低、严重时还会发生爆炸的情况。因此在智能手机市场中，原本属于笔记本电脑的开关模式电池充电技术也开始大行其道。

开关模式充电方式的原理比较容易理解：电源开关的作用是充电的时候将电池与系统隔离开来，而交流适配器的电流进入充电接口之后也被分为两路，一路为电池充电，一路则通过开关向系统中的DC/DC直接供电。开关模式的引入解决了不饱和充电或者长时间过饱和充电的问题，然而新的问题也随之出现，正如TI中国区高性能模拟产品业务开发经理张洪为所言：“0.2美元的电源开关对于手机来说成本太高，而且由于DC/DC直接面临适配器的过压冲击，这导致手机的损坏率更高。此外，其带来的纹波噪声也会影响手机呼叫的接通率。”


图1. TI的新架构集成了两个MOS管(Q1与Q2)
为了满足便携式终端锂电池充电管理中所遇到的上述问题，在其最新推出的四款型号为BQ24071/线性电池充电IC中，TI采用了一种特有的结构——除了充电控制器外，这些器件中还集成了两个MOS管(如图1所示)。其中，Q1用作预稳压，其作用是滤除过压、纹波以及各种电源噪声，以解决笔记本电脑开关模式充电方式中的缺点。同时，40mΩ的Q2则用来进行有源切换。据称，与一般毫秒级的有源切换不同，Q2的导通时间仅有微妙级，不仅减少了自身损耗，还避免了系统可能发生的复位现象。此外，由于Q1、 Q2以及流入系统的电流都可以测到，这就避免了对电池是否充满进行误判断的可能。而当电池充满之后，由于没有放电通道也不会出现放电的现象。从而彻底解决了便携式锂电池供电系统中电池充电的所有问题。