新型架构解决锂电池充电难题

    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。