對(duì)較高充電速率來說，線性充電器就沒那么有吸引力了。其在充電周期上降低的效率會(huì)在系統(tǒng)上導(dǎo)致熱負(fù)載。這一點(diǎn)在尺寸受限的電路板和高功率應(yīng)用中尤為突出。這些條件就推動(dòng)了對(duì)全面集成型開關(guān)模式充電器的需求。

　　TI 等廠商正在積極推進(jìn)包絡(luò)創(chuàng)新，通過在不影響器件性能的情況下縮減 BOM 成本與電路板尺寸來滿足市場(chǎng)要求。例如，bq24250 是一款高度集成的單體鋰離子電池充電器及系統(tǒng)電源路徑管理 IC，主要面向采用高容量電池的空間有限型便攜式應(yīng)用。圖 4 是提供實(shí)際應(yīng)用面積尺寸的各種器件。舉例來說，bq2425x 系列充電器支持高達(dá) 2A 的充電電流、經(jīng)濟(jì)型 BOM 以及 42 平方毫米的應(yīng)用面積。

　　適用于不同應(yīng)用的DPPM充電器

　　散熱性能與效率

　　縮小充電器面積尺寸會(huì)影響整個(gè)電路板的散熱性能。更少的可用面積可導(dǎo)致充電過程中功耗產(chǎn)生的熱量散發(fā)空間更小。就給定的電路板面積而言，唯一降低熱負(fù)載的辦法是提高電源轉(zhuǎn)換期間的充電器效率。更高的效率可帶來更低的功耗，而 IC 和電路板產(chǎn)生的熱量也會(huì)更少。

　　在更高功率應(yīng)用中比較線性充電器與開關(guān)模式充電器的功耗時(shí)，線性充電器處于劣勢(shì)，因?yàn)楣β氏目赡芊浅８撸瑢?duì)于較低電池電壓而言尤其如此。這是因?yàn)榫€性充電器采用線性穩(wěn)壓器進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換。另一方面，開關(guān)模式充電在整個(gè)電池電壓范圍內(nèi)的效率要高得多，可產(chǎn)生較低的功率耗散。圖 5 是線性充電器與開關(guān)模式充電器之間的功耗對(duì)比。

　　線性充電器與開關(guān)模式充電器

　　改善電路板上的充電器散熱性能，選擇開關(guān)模式充電器而不選擇線性充電器是符合邏輯的。降低開關(guān)充電器內(nèi)部集成型 FET 的 RDS（on） 有助于提高大電流下的充電器效率。這是因?yàn)榇箅娏髑闆r下大多數(shù)開關(guān)充電器功耗都是由 FET 的 RDS（on） 造成的。bq24250鋰離子電池充電器集成了功率 FET 與低 RDS（on）。內(nèi)部高側(cè)及低側(cè) MOSFET 的額定電阻分別僅為100m Ω。這有助于降低從輸入到系統(tǒng)輸出的功耗。FET 切換至電池的 RDS（on） 僅為 20mΩ，這也有助于降低充放電期間的損耗。圖6 提供的bq24250 系統(tǒng)效率數(shù)據(jù)可高達(dá) 95%。

　　bq24250鋰離子電池充電器的系統(tǒng)效率

　　電池保護(hù)與電池使用壽命延長(zhǎng)

　　高功率便攜式電子設(shè)備的一個(gè)主要問題是電池使用壽命周期。電池容量隨時(shí)間推移的降低可縮短運(yùn)行時(shí)間，嚴(yán)重影響用戶體驗(yàn)。延長(zhǎng)電池使用壽命周期的一個(gè)主要方法是降低充放電過程中的應(yīng)力。鋰離子電池對(duì)電池組上過流或過壓產(chǎn)生的應(yīng)力非常敏感。bq24250 等電池充電器 IC 可調(diào)節(jié)電池電壓，支持±0.5% 的室溫誤差精度。對(duì)充電電流而言，該 IC 可在 0 至 125 攝氏度的溫度范圍內(nèi)針對(duì)高達(dá) 2A 的充電電流提供±0.75% 誤差精度。這種高精度有助于設(shè)計(jì)人員根據(jù)應(yīng)用需求精確編程電壓與電流等級(jí)。有了這些精確的充電參數(shù)，電池就可在不影響電池使用壽命周期的情況下更積極地充電。這可在維護(hù)安全充電解決方案的同時(shí)，縮短充電時(shí)間。

　　不同溫度下的充電電流精確度

　　圖 7 是 0 至 126 攝氏度溫度范圍的 3 種充電電流準(zhǔn)確度。對(duì)于高達(dá) 1.5A 的充電電流而言，產(chǎn)品說明書中顯示的誤差精度不超過 2%（典型值）。

　　系統(tǒng)關(guān)閉模式 （SYSOFF）

　　在預(yù)售發(fā)貨存儲(chǔ)過程中，電池需要與系統(tǒng)其它部分?jǐn)嚅_，以免耗盡電池電量。bq24250 電池充電器具有SYSOFF 模式，其可通過設(shè)置來關(guān)閉電池 FET，斷開電池與系統(tǒng)的連接。在使用 SYSOFF 模式時(shí)，電池到IC 的泄漏電流將降低至 1μA 以下（圖 8）。設(shè)計(jì)人員可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行編程，在終端客戶將電源插入充電器時(shí)自動(dòng)退出 SYSOFF 模式。

　　SYSOFF模式下的電池泄漏電流

　　應(yīng)用靈活性

　　在當(dāng)前競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)上，大多數(shù)市場(chǎng)參與者都在不斷追求更低成本，以實(shí)現(xiàn)更高的利潤(rùn)率與更大的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。如果能夠針對(duì)不同產(chǎn)品及多代要求改變相同芯片的使用意圖，就會(huì)為不同系統(tǒng)設(shè)計(jì)直接節(jié)省成本。此外，這還可縮短應(yīng)用學(xué)習(xí)曲線，通過使用已知可行解決方案來避免不必要的風(fēng)險(xiǎn)。市場(chǎng)正需要集成多種特性的電池充電器系列來為不同應(yīng)用提供高度的靈活性。例如，如果一款充電器支持寬泛輸入電壓， 它就適用于各種不同的適配器，從而可能會(huì)降低庫(kù)存成本。充電電流的高靈活性可支持充電寶、智能手機(jī)、低級(jí)充電以及藍(lán)牙 （Bluetooth.） 耳機(jī)等應(yīng)用的更大電流。

　　許多充電器提供兩種芯片控制方案：I2C 通信與獨(dú)立式，這允許根據(jù)需要調(diào)節(jié)每個(gè)應(yīng)用。在 I2C 模式下，設(shè)計(jì)人員可對(duì) VIN_DPM 閾值、充電電流、輸入電流限制、穩(wěn)壓和充電結(jié)束電平等各種參數(shù)進(jìn)行編程。在獨(dú)立模式下工作時(shí)不需要主機(jī)控制，設(shè)計(jì)人員不僅可使用外部設(shè)置來編程以上參數(shù)，而且還可利用外部引腳來選擇不同輸入電流限制級(jí)和啟用／禁用芯片。

　　符合 BC1.2 標(biāo)準(zhǔn)的 D+/D– USB 檢測(cè)特性可為實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)健 USB 充電提供更高靈活性。過去，USB 充電非常直接，設(shè)備直接從 USB 端口為電池供電，沒什么控制功能。在今天的高功率應(yīng)用中，設(shè)備需要從 USB 端口獲得更大電源，這就需要實(shí)施更復(fù)雜的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議。此外，隨著相同 USB 端口連接器中不同 USB 標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)化，能識(shí)別可連接設(shè)備的類型是一項(xiàng)極具競(jìng)爭(zhēng)力的實(shí)用特性。

　　結(jié)論

　　高功率便攜式設(shè)備充電有許多可用選項(xiàng)。目前提供的充電 IC 支持功率路徑管理以及可實(shí)現(xiàn)更高效率的高充電電流，從而可縮短充電時(shí)間，降低熱應(yīng)力并縮小解決方案尺寸。低成本 BOM 加上小尺寸解決方案，可在不影響尺寸與容量的情況下降低器件成本。