便攜產(chǎn)品電池充電管理：適用靈活性是關(guān)鍵

與過去便攜式電子產(chǎn)品主要采用一次性干電池或堿性電池作為電源不同，如今不論是筆記本電腦、手機(jī)還是MP3/MP4播放器，都基本使用鋰離子、鎳鎘或者鎳氫等可充電電池，不僅降低使用成本有利于環(huán)境保護(hù)，更重要的是電池容量可以做得更大，以獲得更長的續(xù)航時(shí)間?？?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/充電">充電電池由于本身的特性也給系統(tǒng)開發(fā)商提出了新的要求，為了使可充電電池具有更長的使用壽命，正確的充電電路設(shè)計(jì)與器件選擇至關(guān)重要，無論是外接的充電器還是系統(tǒng)內(nèi)部充電電源管理方案都需要根據(jù)具體使用情況詳加考慮。

單芯片充電管理方案或?qū)⒊蔀橹髁?/strong>

在便攜式產(chǎn)品中，電池充電通?？刹捎脙煞N方式，一種是利用系統(tǒng)本身主控MCU加一個(gè)脈寬調(diào)制解調(diào)單元(PWM)來實(shí)現(xiàn)，另一種是使用高集成度單芯片充電管理IC。“單芯片充電管理IC最大的優(yōu)勢在于擁有更高的可靠性，而MCU+PWM方案則更為便宜簡單。”富士通微電子市場部經(jīng)理王韻在接受本刊記者采訪時(shí)解釋道，“系統(tǒng)制造商可以在成本、可靠性等方面比較兩種方案的優(yōu)劣，選用最合適的方案即可。從長遠(yuǎn)來說，隨著單芯片充電管理IC的成本下降以及和外部通訊功能的增加，更多的應(yīng)用當(dāng)中選用更具可靠性的單芯片將會(huì)成為趨勢。”

據(jù)王韻介紹，富士通的充電管理產(chǎn)品主要定位在2Cell以上的市場，而2~4Cell應(yīng)用當(dāng)中最大的市場要屬筆記本電腦。從15年前開始，富士通電源管理的研發(fā)團(tuán)隊(duì)就和富士通的筆記本電腦研發(fā)部門合作，開始開發(fā)針對筆記本電腦的充電管理IC。通過好幾代產(chǎn)品的不斷開發(fā)和改善，全新研發(fā)的鋰電池充電管理IC MB39A132和MB39A134已在臺(tái)灣地區(qū)和中國大陸等地許多大廠得到應(yīng)用，同時(shí)也受到最近備受矚目的上網(wǎng)本市場的關(guān)注。“在筆記本電腦應(yīng)用當(dāng)中，由于數(shù)年前接二連三發(fā)生充電電池爆炸事件，使各筆記本設(shè)計(jì)廠商對充電部分的設(shè)計(jì)愈發(fā)重視，在對充電管理部分都會(huì)選用品質(zhì)穩(wěn)定和可靠性高的大品牌電源管理IC。”他說道。

不過來自BCD半導(dǎo)體公司的AC/DC產(chǎn)品總監(jiān)吳昕博士更看好MCU+PWM方案，他認(rèn)為專用充電管理IC形成的控制方案電路雖然簡單但功能比較單一，通常只能對特定參數(shù)的鋰離子電池進(jìn)行充電，而不同型號(hào)的便攜式產(chǎn)品往往使用不同型號(hào)規(guī)格的鋰離子電池，如果采用專用芯片，就會(huì)造成重復(fù)開發(fā)和資源浪費(fèi)。

“用MCU+PWM實(shí)現(xiàn)的Buck電路成本低且控制方法靈活，可以方便地進(jìn)行改進(jìn)和升級(jí)，能夠適用于各種鋰離子電池。”吳昕表示。

BCD半導(dǎo)體是一家位于大中華區(qū)的模擬信號(hào)集成電路制造商(IDM)，從事電源管理集成電路產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研發(fā)與制造。不同于市場上其他的Fabless設(shè)計(jì)公司，BCD半導(dǎo)體擁有6英寸晶圓廠

(包括Bipolar、CMOS、BiCMOS和BCDMOS等生產(chǎn)工藝)，可以藉由產(chǎn)品設(shè)計(jì)和先進(jìn)的工藝技術(shù)整合來優(yōu)化產(chǎn)品的性能和成本，以提供具高性價(jià)比的應(yīng)用系統(tǒng)解決方案。

實(shí)際上BCD半導(dǎo)體關(guān)注的重點(diǎn)是高效率低成本AC/DC離線式電源適配器/充電器控制芯片，該公司于2006年開發(fā)的第一代原邊控制器AP370x系列產(chǎn)品是市場上最早推出的同類產(chǎn)品之一。據(jù)介紹，AP370x采用原邊控制和輸出電纜補(bǔ)償專利技術(shù)，內(nèi)置溫度補(bǔ)償和變壓器原邊電感補(bǔ)償，可以在省去光耦和次級(jí)反饋控制電路的情況下實(shí)現(xiàn)高精度的輸出電壓、電流控制，從而極大減少了電源電路的元器件個(gè)數(shù)，簡化電路設(shè)計(jì)，現(xiàn)已成功應(yīng)用于手機(jī)、無線公話、無繩電話以及無線路由器等產(chǎn)品的充電器/適配器中。“為了進(jìn)一步提高電源轉(zhuǎn)換效率、降低待機(jī)能耗，我們又進(jìn)一步在業(yè)界領(lǐng)先推出了滿足五星級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的第二代原邊控制器AP376x系列，其30mW以下的空載功耗可以輕松滿足包括能源之星EPS v2.0和五星級(jí)手機(jī)充電器標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)的全球所有的充電器/適配器能效及空載規(guī)范。”吳昕表示。

輸入電源日趨多樣

隨著人們生活環(huán)境的日益多樣化，可用于電池充電的電源也日趨多樣化，除了傳統(tǒng)的220V AC適配器以外，用戶還希望隨時(shí)能夠通過USB接口或車載電源等對各種設(shè)備的電池進(jìn)行充電，此外還有用戶要求在設(shè)備充電的同時(shí)能夠繼續(xù)使用其功能，因此設(shè)備的充電管理電路需要更具靈活性，以適應(yīng)更為廣泛的應(yīng)用環(huán)境。

顯然，新的要求也給系統(tǒng)制造商帶來了更大的挑戰(zhàn)。“挑戰(zhàn)首先來自于充電管理IC需要更寬的工作電壓范圍，這樣就需要使用更高電壓的半導(dǎo)體工藝來進(jìn)行芯片的設(shè)計(jì)。”王韻表示，“第二個(gè)挑戰(zhàn)是要求IC能對不同的輸入電源作出相應(yīng)的調(diào)整，以及對電池充電和系統(tǒng)用電能做出一定的管理。”他以富士通MB39A132/134充電管理IC為例解釋道，通過對輸入電流進(jìn)行動(dòng)態(tài)的分配，保證了系統(tǒng)用電和電池充電可以同時(shí)穩(wěn)定進(jìn)行。

由于AC適配器/USB/車載電源所提供的電壓電流都不相同，而充電電池的電壓和節(jié)數(shù)也不盡相同，當(dāng)充電電壓高于電源電壓時(shí)要通過升壓才能進(jìn)行充電，這樣的升降壓充電管理IC在市場上還沒有看到。此外在設(shè)備工作時(shí)同時(shí)充電，要求充電管理IC有很好的抗干擾設(shè)計(jì)，同時(shí)要注意在電池電壓很低的情況下，充電電流要保證大于放電電流，避免“入不敷出”的情況發(fā)生。“從充電IC的設(shè)計(jì)來看，目前面臨的挑戰(zhàn)包括：1、如何進(jìn)一步提高充電轉(zhuǎn)換效率和降低待機(jī)的功耗;2、如何有效管理多通道的電源和負(fù)載;3、如何提高充電速率并同時(shí)保證電池的安全使用壽命;4、如何進(jìn)一步擴(kuò)展充電控制方法的靈活配置以期適應(yīng)不同型號(hào)電池的充電要求。”吳昕補(bǔ)充道。

他認(rèn)為，便攜式產(chǎn)品充電器如手機(jī)充電器是一個(gè)相對成熟、穩(wěn)定的市場，目前國內(nèi)相應(yīng)生產(chǎn)企業(yè)大多以生產(chǎn)制造為主，技術(shù)開發(fā)的力量相對比較薄弱。同時(shí)充電器本身是薄利商品，廠商的成本控制壓力比較大，對新技術(shù)的接受度也相對較低。近幾年由于公眾環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，政府和各類環(huán)保組織、機(jī)構(gòu)，包括手機(jī)廠商本身，都提出了多個(gè)涉及充電器的節(jié)能環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，例如中國工信部頒布的《移動(dòng)通信手持機(jī)充電器及接口技術(shù)要求和測試方法》(YD/T1591-2006)、能源之星EPS2.0、手機(jī)充電器分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)等等，都旨在減少資源浪費(fèi)、提高電能效率、減低空載空耗。這些標(biāo)準(zhǔn)的推出很大程度上推動(dòng)了充電器產(chǎn)品的技術(shù)革新。