便攜式設(shè)備電池管理策略與應(yīng)用設(shè)計(jì)

Q1：如何檢測(cè)電池電壓？

在我的應(yīng)用中，需要?jiǎng)討B(tài)地檢測(cè)電池的電壓。而我的系統(tǒng)限制只能提供一個(gè)數(shù)字I/O。請(qǐng)問我如何才能有效的檢測(cè)該參量？

A1：從工程角度講，我建議你增加一個(gè)可以利用單個(gè)I/O通信的器件來實(shí)現(xiàn)電池電壓測(cè)量等功能的芯片，如Maxim的1-wire電池管理器件DS2762或ADC芯片DS2450。

做為技術(shù)的討論，如果這個(gè)數(shù)字I/O是唯一的資源、系統(tǒng)有計(jì)時(shí)器可用和打算在軟件上花些功夫，還是有可能粗略測(cè)量電池電壓的。具體的做法與能提供的I/O輸出的邏輯電平有關(guān)，要用到輸出和輸入兩個(gè)狀態(tài)。這個(gè)方法需要用輸出0電平和電源電壓為電壓標(biāo)準(zhǔn)值，用輸入的甄別門限Vt作電壓檢測(cè)。

測(cè)量時(shí)首先把I/O設(shè)為輸出邏輯0(Vz)，通過一個(gè)電阻R1使一個(gè)電容C上的電壓下降到比I/O當(dāng)作輸入時(shí)的邏輯高電平門限值還低的初始值，這個(gè)電容通過R2與擬測(cè)量電壓E的電池上。平衡后電容上的電壓VC即Vz和E的壓差經(jīng)過R1和R2電阻串的分壓結(jié)果。這個(gè)I/O除了通過R1與這個(gè)電容相連外，還需要通過一個(gè)電阻RV上拉到電源電壓。然后把I/O從輸出改變?yōu)檩斎?，同時(shí)開始計(jì)時(shí)。由于RV的上拉作用，電容上的電壓將逐漸上升。待I/O輸入看到的電壓上升超過高邏輯電平時(shí)，停止計(jì)時(shí)。這個(gè)過程中計(jì)時(shí)器所計(jì)到的持續(xù)時(shí)間T與Vz，E和Vt有關(guān)（但不是直線關(guān)系）。做為邏輯器件，Vz、Vt都不會(huì)很穩(wěn)定，因此這個(gè)辦法只能得到非常粗略的電壓值。

Q2：自恢復(fù)保險(xiǎn)絲與一次性保險(xiǎn)絲怎樣選擇？

相對(duì)于一次性保險(xiǎn)絲而言，自恢復(fù)保險(xiǎn)絲可靠性較差，響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，而且額定電流做不高；為什么目前的電源設(shè)計(jì)中多采用自復(fù)保險(xiǎn)絲？是不是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或者國家標(biāo)準(zhǔn)建議使用？

A2：首先，也不是所有一次性保險(xiǎn)絲都快，例如砂管保險(xiǎn)絲就慢得很。如果我為電源產(chǎn)品選擇保險(xiǎn)絲，只要功率不是很大，我會(huì)選自復(fù)保險(xiǎn)。最主要的原因是不會(huì)因?yàn)橐馔鈸p壞招致退貨或者返修；如果連自復(fù)保險(xiǎn)都燒壞了，客戶大概也不好意思找我了。其二是自復(fù)保險(xiǎn)絲的連續(xù)運(yùn)行壽命長(zhǎng)，基本不存在影響實(shí)際應(yīng)用的老化。對(duì)于中小功率電源，基本上其電路元件都有足夠的裕量和內(nèi)在的限流機(jī)制，等著自復(fù)保險(xiǎn)斷路是沒有問題的。較大功率的恐怕是不行的，如果不做考慮、短路浪涌就可能燒壞很多部件。另外，從機(jī)理上看，如果電流太大，接觸分離的過程就很可能燒毀自復(fù)保險(xiǎn)。

我不能確定你講的可靠性差是不是也包括了動(dòng)作電流不準(zhǔn)、斷流不徹底等問題，還是只是失效率高。我估計(jì)前兩項(xiàng)是受其工作機(jī)理限制，應(yīng)該是趕不上一次保險(xiǎn)絲的。失效率高的問題不應(yīng)該，如果與其發(fā)熱有關(guān)、至少可以通過選大一點(diǎn)的動(dòng)作電流可以改善。

我沒有見過規(guī)定采用自復(fù)保險(xiǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，只是有些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了發(fā)生過流時(shí)的動(dòng)作或是不是要自復(fù)。如果要求有自復(fù)功能，肯定選自復(fù)保險(xiǎn)要比自復(fù)電路來的便宜。

Q3：電池保護(hù)電路， 對(duì)于電池保護(hù)板的測(cè)試如何進(jìn)行？需要什么儀器設(shè)備？

A3：測(cè)試需按生產(chǎn)過程品質(zhì)保證和設(shè)計(jì)特性驗(yàn)證兩個(gè)方向設(shè)計(jì)；其中一個(gè)側(cè)重產(chǎn)能效率和關(guān)鍵參數(shù)，另外一個(gè)則以實(shí)用、全面為目標(biāo)。一般更需要關(guān)注生產(chǎn)測(cè)試設(shè)備；如果貴公司計(jì)劃大量生產(chǎn)，最好是自制若干專用裝置配合一般標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備（直流電源、數(shù)字面板表）即可高效率地完成生產(chǎn)測(cè)試。可由自制設(shè)備完成電壓、電流的簡(jiǎn)單掃描以及觸發(fā)電壓、電流的短時(shí)間保持和顯示即可（此處考慮測(cè)量2個(gè)電壓門限、1或2個(gè)電流門限和耐壓能力）。

Q4：關(guān)于多串電池提前報(bào)警問題。

我是做鋰電池保護(hù)回路的，我想問下專家現(xiàn)在有沒有對(duì)多串鋰電池保護(hù)和容量低時(shí)提前報(bào)警的IC，因?yàn)楝F(xiàn)在鋰電池保護(hù)IC中多是只針對(duì)鋰電池保護(hù)設(shè)計(jì)，沒有考慮到用戶使用時(shí)提前報(bào)警的問題，我想尋找一款能在單體電壓保護(hù)前就能提出報(bào)警的IC。

A4：可以肯定地講，目前沒有這樣的芯片。

目前可以提供類似功能的通常是一些“系統(tǒng)”，而不是芯片。形成這個(gè)局面的原因一方面與鋰2電池排的“高貴”歷史有關(guān)，另外一方面也與電池殘余電量估測(cè)的復(fù)雜性有關(guān)。鋰2電池的放電量與包括溫度、放電電流在內(nèi)的放電條件，短期歷史表現(xiàn)均有很大關(guān)系；需要不斷的自修正方可比較有效地估算殘余電量。這樣的系統(tǒng)在筆記本和高檔PDA里面都可以見到。基本上的方法都是采用電量計(jì)配合參數(shù)修正的辦法，如OCV修正法等。

Q5：請(qǐng)問對(duì)于兩節(jié)干電池的升壓芯片都有哪些？

我現(xiàn)在做得一個(gè)系統(tǒng)，用兩個(gè)干電池供電3V，但是其它部分還需要5v、12v的電源，電流可以小點(diǎn)，能否提供一些常用的芯片呢？

A5：用2節(jié)干電池產(chǎn)生3V的條件比較特別；新電池開始使用時(shí)有一段時(shí)間需要降壓，以后的大多數(shù)時(shí)間里要進(jìn)行升壓。選擇一個(gè)電源組合還需要更多的參數(shù)，如對(duì)輸出電壓穩(wěn)定性的要求、效率（即預(yù)期負(fù)載條件下的工作時(shí)間是多少）和尺寸限制等。從成本、效率綜合來講，MAX711是3V輸出電源的一個(gè)選擇（可從1.8V起工作）。另外兩組電源的選擇余地較大，如MAX1677、MAX1817等都可以。如果5V或12V要求的輸出電流畸小，或者某組輸出對(duì)穩(wěn)定性的要求不高，還可以考慮其它的組合解決方案。

Q6：采用堿性電池供電的超低功耗LDO電路設(shè)計(jì)咨詢。

大家好，我們現(xiàn)在設(shè)計(jì)一款產(chǎn)品，需要采用四個(gè)堿性電池供電驅(qū)動(dòng)小電機(jī)，并采用一個(gè)LDO降壓給芯片使用。其中電池電壓是6V左右，IC電壓是3。3V，現(xiàn)在選用了一款GM6250的LDO，他的待機(jī)電流是1uA，那么我們應(yīng)該選用什么樣的電容，保證小電機(jī)啟動(dòng)瞬間不會(huì)造成LDO輸出過大的波動(dòng)，以及保證純粹休眠待機(jī)時(shí)候漏電最少。我們希望電容漏電也就1uA左右吧，小電機(jī)啟動(dòng)瞬間工作電流有1A，然后快速下落到200ma左右。

A6：電容漏電不是問題，幾乎任何一般的電容都不會(huì)有太大的漏電。但是電容大了以后LDO會(huì)不穩(wěn)定。靠加電容解決不了電壓下降的問題，只有巨大的容量可能背的起來1A的堵轉(zhuǎn)電流。一般是山不轉(zhuǎn)水轉(zhuǎn)，如果背不動(dòng)電機(jī)就轉(zhuǎn)而使那些對(duì)電壓變化敏感、但電流不大的其它部分的電壓不要受到堵轉(zhuǎn)期間電壓下降的影響，而放任電機(jī)部分的電壓下降一段時(shí)間。

Q7：請(qǐng)問兩組dc to dc Converter各應(yīng)用于正及負(fù)電壓輸出(同一輸入電源)要如何應(yīng)用?

A7：如果選擇兩個(gè)分離的芯片實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)電源，則正電源的可選范圍大得多、基本上可認(rèn)為是很常規(guī)的?？臻g不是很大的情況下，如果不能同步兩個(gè)電源、則這兩個(gè)電源從前一級(jí)吸入電流總量的起伏與這兩個(gè)電源的頻率之間的差頻有關(guān)，可以看到明顯的“差拍”起伏。這種差拍如果落在百到數(shù)十千周的范圍內(nèi)，則難以由前級(jí)電源和儲(chǔ)能電容消化。這兩個(gè)電源中至少一個(gè)應(yīng)該是可同步的，需要跟蹤另外一個(gè)電源的頻率。兩個(gè)電源還應(yīng)該做到錯(cuò)相配置，使他們不會(huì)在同一個(gè)時(shí)間從電源吸取電流、以減少對(duì)源端濾波的要求。這牽涉到另外一個(gè)要求：從系統(tǒng)上電順序和安全的角度出發(fā)，那個(gè)電源更需要保證持續(xù)（主從性）？

的確，F(xiàn)ly-back架構(gòu)在變壓器方式中是比較簡(jiǎn)潔的。但是不是采用Fly-back架構(gòu)還與其它條件有關(guān)。上次少問了一個(gè)問題：那個(gè)28V是穩(wěn)定的嗎？看起來這兩個(gè)電源像是一個(gè)系統(tǒng)中的下級(jí)子電源，有可能該28V是可以保證的。如果該28V是可以保證的，則最簡(jiǎn)單的方式是自制一個(gè)變壓器驅(qū)動(dòng)器、利用變壓器產(chǎn)生略大于+/-15V的非穩(wěn)壓DC，然后利用線性穩(wěn)壓器產(chǎn)生穩(wěn)定的+/-15V。對(duì)于15V的輸出來講，2-3V的壓降對(duì)效率的影響不大。

可以肯定，正電源用一般的Buck結(jié)構(gòu)不會(huì)有問題。但對(duì)于負(fù)電源來講，從+28到-15V的電壓變化幅度很大、電流也不小，實(shí)際設(shè)計(jì)的難度不低。一般可見1A的基于電感的Inverter具體實(shí)踐。我建議在負(fù)電源側(cè)考慮Fly-back結(jié)構(gòu)。

還有一個(gè)問題：你肯定制變壓器嗎？

待明確正負(fù)電源的主從性和28V的條件后，我們?cè)賮碛懻摽梢杂心男┻x擇。

MAX1654是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，只用單個(gè)控制器和一對(duì)開關(guān)管就可以實(shí)現(xiàn)兩路受控制的輸出。其不足是并不是錯(cuò)相的，同時(shí)全部能量首先需要注入到+15V點(diǎn)輸出電容，讓后將一部分再轉(zhuǎn)移給-15V輸出。這樣對(duì)輸入和+15V的儲(chǔ)能、濾波要求會(huì)高一些。但由于只使用了一對(duì)開關(guān)管，又是同步整流結(jié)構(gòu)，整體的效率和成本在這個(gè)功率上還是有競(jìng)爭(zhēng)力的。還有一點(diǎn)就是需要調(diào)整反饋和過流保護(hù)部分的采樣電路，以使其適應(yīng)+/-15V的輸出(Datasheet上提供的電路是6V的)。

Q8：USB充電時(shí)，USB的中間兩個(gè)管腳的接法

單節(jié)鋰離子電池升壓到5.3V后，使用的的升壓芯片是SP1308，但是在給其他帶設(shè)備供電時(shí)，保護(hù)電路里的mos管發(fā)熱過大。USB的中間兩腳我是讓它們處于懸空狀態(tài)。在進(jìn)行USB接口的充放電時(shí)，中間的信號(hào)腳如何接呢？

A8：看起來你說的是好幾個(gè)問題；第一個(gè)問題是不是講，當(dāng)利用鋰2電池通過升壓芯片SP1308對(duì)外提供5.3V電源時(shí)、保護(hù)電路里的MOS管發(fā)熱嚴(yán)重？我相信你一定是講超乎尋常地發(fā)熱；如果只是正常由于電流過大發(fā)熱，大概你就不會(huì)當(dāng)個(gè)問題提出來了。我沒有找到SP1308的Datasheet，也不好判斷是不是其轉(zhuǎn)換效率有問題。另一個(gè)需要提醒你注意的是不要讓瞬態(tài)大電流脈沖流過電池，這除了引起異常發(fā)熱外、對(duì)電池壽命也極其不利。

第二個(gè)問題比較復(fù)雜，與你做了個(gè)什么東西關(guān)系很大。有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)有YD T1591-2006，USB Charger 2.0， USB 2.0， OMTP， USB OTG等，都可以從網(wǎng)站上查到。如果你要做的是USB的手機(jī)充電器，短接那兩條線就是了（似乎不像你說的產(chǎn)品）。

Q9：鎳氫電池的放電終止控制。

我們現(xiàn)在有一個(gè)項(xiàng)目，12V電池組，平均放電電流5-8A，峰值10A，EOD：9V，要求做放電終止控制，但問題是，靜態(tài)功耗可以達(dá)到多少？因?yàn)殡姵乜赡馨l(fā)貨后，經(jīng)過很長(zhǎng)時(shí)間，如果靜態(tài)電流太大，會(huì)造成電池過放電。

A9：總體上看，NiHM的自放電率是比較高的， 最好也就是起標(biāo)稱Ah容量0.001-0.002%。過放保護(hù)終止電路的靜態(tài)功耗（電流）可以參考自放電電流設(shè)計(jì)（如果比自放電小得多沒有實(shí)際效果）。從你的電池看，幾十uA的靜態(tài)電流不會(huì)有問題。

MAXIM有很多基準(zhǔn)+比較器組合可以工作在1-2uA，慢速（基本上是靜態(tài)）驅(qū)動(dòng)NMOS或PMOS均不需要太大電流。再小心設(shè)計(jì)供電環(huán)節(jié)的耗電，這個(gè)電路應(yīng)該可以做到10uA。

Q10：充電器和電池保護(hù)電路的融合已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了吧!?

很多家公司都稱自己的充電控制IC是集成方案，帶智能保護(hù)。為什么專家還拿出來討論，稱部分融合，難道還需額外的保護(hù)電路?

A10：的確，包括MAXIM在內(nèi)的許多家公司都有這種帶有保護(hù)功能的產(chǎn)品。實(shí)際的融合的困難不在于電路設(shè)計(jì)，而在于對(duì)安全管理的尊重和行業(yè)分工習(xí)慣的延續(xù)。設(shè)計(jì)和制造帶有滇池保護(hù)功能的芯片很容易，甚至也可以做到在同一個(gè)硅片上實(shí)現(xiàn)保護(hù)部分和充電控制部分的單點(diǎn)故障安全。但即使是這樣做了，與由電池廠家在電池內(nèi)部配制獨(dú)立的保護(hù)電路比較也沒有多大的成本優(yōu)勢(shì)。只有小電池和少量的不允許用戶換電池的應(yīng)用在使用沒有內(nèi)置保護(hù)電路的電池。從行業(yè)分工看，采用帶有內(nèi)置保護(hù)的電池包將由電池廠負(fù)責(zé)電池包的安全設(shè)計(jì)，責(zé)任劃分清晰。如果把充電及保護(hù)一體化到一個(gè)芯片里，則這個(gè)芯片與電池的安裝關(guān)系需要保證靠近和不可被輕易改動(dòng)，基本上需要放到電池包里。這將帶來散熱、通用性以及與通用性有關(guān)的成本控制等一系列問題。電量計(jì)與保護(hù)電路的融合的實(shí)際推廣高于充電器與保護(hù)電路的融合，而利用電量計(jì)可以完成充電的判決功能、可以認(rèn)為是一種部分融合。

Q11：?jiǎn)喂?jié)電池保護(hù)芯片。

請(qǐng)問保護(hù)芯片中功耗的問題有多重要呢？什么才是設(shè)計(jì)中最重要的問題呢？在單電池保護(hù)芯片的設(shè)計(jì)中，您認(rèn)為應(yīng)該注意哪些問題呢？

A11：盡管聽起來不是設(shè)計(jì)人員所關(guān)心的，我不得不承認(rèn)低成本設(shè)計(jì)是真正的問題。欠壓、過壓和過流（充/放）的設(shè)計(jì)要求及實(shí)現(xiàn)是明確的，需要注意的是在電壓較低時(shí)如何保證廉價(jià)MOSFET的有效導(dǎo)通、是否或如何提供電流的比例輸出。

電流比例輸出目前尚未成為慣例，但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)看這個(gè)比例輸出可降低系統(tǒng)成本。由于牽涉到的設(shè)計(jì)人員層面太多，推動(dòng)使用這個(gè)比例輸出的成本和回報(bào)不成比例，從商業(yè)角度出發(fā)，恐怕需要留給那些大腕兒公司或理想主義者先行。

Q12：衡量保護(hù)及計(jì)量管理芯片的計(jì)算準(zhǔn)確性哪些確切指標(biāo)?

各個(gè)廠商都說自己東西好，有這有那的專有技術(shù)。請(qǐng)教專家有哪些公認(rèn)的指標(biāo)或?qū)Ρ确椒ò?

A12： 對(duì)保護(hù)電路的衡量比較簡(jiǎn)單，一般看靜態(tài)的動(dòng)作關(guān)鍵點(diǎn)，例如過壓、欠壓和過流的動(dòng)作點(diǎn)；其中過壓還要看其溫度系數(shù)如何。在講究一些要驗(yàn)證其瞬態(tài)相應(yīng)的情況和抗過壓能力；但這不需要太精確（一般化學(xué)過程的時(shí)間很長(zhǎng)，如10ms， 因此動(dòng)作慢些不會(huì)是問題）。實(shí)際上真正有意義是比較在低電壓時(shí)保護(hù)電路的導(dǎo)致的電阻增加。這方面性能最好的是帶有可根據(jù)負(fù)載情況啟動(dòng)電荷泵、推動(dòng)NFET的保護(hù)電路，但由于成本不具優(yōu)勢(shì)、實(shí)際沒有廣泛使用。另外還可以觀察在低電壓充電時(shí)是否有連續(xù)打嗝動(dòng)作。負(fù)責(zé)任地講，很難確切評(píng)價(jià)電量計(jì)及其計(jì)算。

首先得把電量計(jì)硬件和殘余電量計(jì)算分割開評(píng)價(jià)。就硬件講，可對(duì)比的內(nèi)容比較明確，包括：潛流門限、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)耗電（與電流采樣方案有關(guān)）、采樣的密度和自主工作計(jì)數(shù)器的配備（牽涉到是否頻繁需要主機(jī)支援以及是否可粗略按放電電流和溫度分段進(jìn)行電量積分）。

在有了合適的硬件之后，軟件是否能真的利用硬件采獲的數(shù)據(jù)也是個(gè)很大的挑戰(zhàn)。電池從制造完成就開始一點(diǎn)點(diǎn)偏離其原始參數(shù)，能否有效地提供參數(shù)修正對(duì)殘余電量計(jì)算的有效性至關(guān)重要。從目前資料看來，可以支持OCV算法的電量計(jì)的實(shí)用性和效果最好。

Q13：鎳氫電池和鋰電池在管理上面有什么區(qū)別?

鎳氫電池和鋰電池在管理上面有什么區(qū)別，尤其是充電管理的時(shí)候。還有，如果沒有充電管理芯片，那么1C充電至充滿的時(shí)候，兩種電池的電壓變化率和正常充電的時(shí)候的差別有多少？

A13：這兩種電池的充電管理差別很大。大致可以認(rèn)為NiHM電池的充電管理比鋰電池（離子和聚合物，下文將直接使用鋰2電池、注意不要混淆為真正意義上的鋰一次電池）的充電管理復(fù)雜、而鋰2電池的充電管理嚴(yán)格。這些差異都與追求高效有關(guān)、與快速完成充電和盡可能延長(zhǎng)電池壽命有關(guān)。大致可以從以下幾個(gè)方面看充電管理差異：

1.冷電池啟用：鎳氫電池需要在低電流下完成一個(gè)完整的充電才能較可靠地啟用其容量潛力，鋰2電池的則不需要完整地走完這個(gè)過程就轉(zhuǎn)入快充；

2.NiHM電池的開路端電壓及其溫度系數(shù)分散大、不能只利用開路電壓判斷充滿的程度，而鋰2電池則可以；

3.NiHM電池比較"皮實(shí)"，在接近充滿或充滿后的涓充電流大點(diǎn)、小點(diǎn)或者時(shí)間長(zhǎng)點(diǎn)、短點(diǎn)都不會(huì)產(chǎn)生顯著的問題；鋰2電池則不然，不推薦長(zhǎng)時(shí)間涓充；

4.對(duì)于這兩種電池而言，快充期間的電流大些、小些都不是問題，但由于較好地判斷NiHM電池是否充滿需要維持穩(wěn)定的充電電流。因此NiHM快速充電要求真正的恒流；

5.公認(rèn)合理的充滿判斷不一致。NiHM需要在恒流下檢測(cè)電壓變化率（=0V/min）或電池的溫升速度（0.4度-0.8度/min，最好是相對(duì)的升溫速度）以判別是否充滿；鋰2電池則只要看開路電壓即可（要把充電電流降低到0.01-0.05C以消除阻性壓將的影響）；

6.斷續(xù)充放電和是否充分充電對(duì)NiHM的壽命有影響，因此NiHM要設(shè)計(jì)充分的涓充時(shí)間。

關(guān)于NiHM電池的充電可參考http://www.go-gddq.com/html/2006-02/396375.htm，該網(wǎng)文有較詳細(xì)的論述。

鋰2電池只有采用脈沖充電可能在接近充滿時(shí)也使用1C的充電電流（不建議），如果采用恒流恒壓方式則在接近充滿時(shí)電流已經(jīng)下降很多了。

無論是采用哪種方式，鋰2電池和NiHM電池在接近充滿時(shí)的電壓變化率都是下降的。NiHM的下降比鋰2電池顯著，最后會(huì)出現(xiàn)負(fù)變化。鋰2電池的端電壓不允許超過一定限度，如果接近充滿時(shí)仍保持1C充電，實(shí)際你可能觀察不到更低的變化率就不得不停止充電（保護(hù)電路會(huì)切斷通路或者電池出現(xiàn)異常）。

Q14：便攜應(yīng)用高速數(shù)據(jù)線路ESD保護(hù)解決方案。

隨著特征尺寸的減小，集成電路(IC)內(nèi)氧化物的擊穿電壓也在下降，使IC對(duì)靜電放電(ESD)電壓更為敏感。 ESD保護(hù)解決方案的技巧。

A14：除了USB外，大多數(shù)高速物理連接的輸入輸出阻抗都很低，甚至低到25ohm，因此在正常工作時(shí)對(duì)靜電的釋放能力算是比較強(qiáng)。不工作的時(shí)間里需要設(shè)計(jì)接口也保持低阻，如采用耗盡結(jié)構(gòu)，或者改變基底隔離方案則一般會(huì)需要較高的代價(jià)，基本上都置之不顧了、工藝控制上得小心。

在IC外部保護(hù)的辦法有限，只能是選取專用的低介入電容TVS器件或者有意在傳輸線上增加符合特征阻抗要求的衰減網(wǎng)絡(luò)。幾十兆還好處理，再高實(shí)際上沒有好的辦法。再高的頻率上只能山不轉(zhuǎn)水轉(zhuǎn)，直接吸收不了就限制輸入帶寬或者使局部跟著輸入端浮動(dòng)、在浮動(dòng)的部分之后當(dāng)?shù)退傩盘?hào)增加ESD的吸收。這些外部方案對(duì)高速排線基本上不現(xiàn)實(shí)。要求嚴(yán)格的場(chǎng)合可能不得不采用光纖帶或者變壓器組。

Q15：如何提高USB充電效率？

一些場(chǎng)合下需要通過計(jì)算機(jī)USB接口對(duì)設(shè)備提供在線充電，電池為3節(jié)鎳氫充電電池串聯(lián)，容量在1000mAh以上， 如何最大限度提高充電效率，縮短充電時(shí)間。充電過程中還要監(jiān)視電池電量。

A15：這個(gè)問題需要從3個(gè)方面出發(fā)：

其一是如何有效地利用USB供電能力。USB的標(biāo)準(zhǔn)的Vbus供電能力不允許超過500mA，但實(shí)際上大多臺(tái)機(jī)地USB口可以供出1.2A，甚至4A。首先要考慮要不要過USB兼容性測(cè)試以及是不是要冒把USB Vbus拉低到故障狀態(tài)的風(fēng)險(xiǎn) 。如果要格執(zhí)行USB標(biāo)準(zhǔn)，則你的設(shè)備在完成USB設(shè)備枚舉和協(xié)商電流供應(yīng)量之前是不能啟動(dòng)充電的。實(shí)際設(shè)計(jì)實(shí)踐中大多USB設(shè)備采用折衷的方案，而不是參與枚舉和協(xié)商電流供應(yīng)量。

由于要求監(jiān)視電池電量，你的系統(tǒng)里面一定是需要MCU的。折衷的方案也需要借用這個(gè)MCU實(shí)現(xiàn)。其中包括實(shí)現(xiàn)3個(gè)步驟的操作：

1.插到USB接口后，暫時(shí)不充電，等待一定時(shí)間使其它設(shè)備可以完成枚舉；如果在一段時(shí)間內(nèi)沒有被通知禁止充電，則開始嘗試充電；

2.開始嘗試充電時(shí)采用對(duì)大多數(shù)USB接口安全的電流充電，直到電池里面的電量可以短時(shí)間支撐MCU運(yùn)行；

3.嘗試加大從USB吸取的電流，直到達(dá)到設(shè)計(jì)的充電電流或者觀察到USB電壓下跌或者保護(hù)性關(guān)斷。如果只是觀察到了下跌，則可以按一定比例減少吸取的電流；如果出現(xiàn)了保護(hù)性關(guān)斷，MCU則需要依靠電池里面已有的儲(chǔ)能工作、等待USB供電恢復(fù)后再以一定比例減少吸取的電流。

大多數(shù)USB的Vbus在過流條件消失后會(huì)恢復(fù)供電。如果不能自動(dòng)恢復(fù)、只要在約定的時(shí)間里能手動(dòng)恢復(fù)，MCU需要仍能減少吸取的電流。

其二在確定的USB輸出能力下，如何高能效地充電。要提高能效，則需要考慮使用開關(guān)方式的充電器，如DS2715和MAX712等。但是這兩個(gè)型號(hào)的充電控制器還需要DS2745等電量計(jì)芯片才能完成電池電量的監(jiān)視（http://para.maxim-ic.com/en/search.mvp?fam=batt_stat295=Fuel%26nbsp%3BGaugetree=powersupplies）。

其三是快速充電。前面兩項(xiàng)落實(shí)了，這個(gè)問題也就相應(yīng)地解決了。純粹從技術(shù)方案角度講，第一條是找到可以利用的供電能力，第二條是在這個(gè)能力下充分利用有限的電力。這兩條做到了，再設(shè)個(gè)快沖電流限制就可以了。

綜合看，比較實(shí)際的方案是采用DS2770(http://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/DS2770.pdf)。DS2770既能完成充電、也能完成電量監(jiān)視。實(shí)際要采用哪個(gè)電流充電，將由MCU決定。充電終止的判斷也需要MCU協(xié)助完成。

Q16：關(guān)于電池的充電電流。

如何設(shè)定電池的充電電流？脈沖充電與恒流充電各有何優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)？

A16：充電電流基本由電池規(guī)格決定，或者需要咨詢電池廠家意見決定。一般電池廠家在公開文件中只給出比較保守的充電方式和充電參數(shù)，例如Panasonic只推薦了以0.7CmA為限流的恒流恒壓方式充電。

http://www.panasonic.com/industrial/battery/oem/images/pdf/Panasonic_LiIon_Precautions.pdf

實(shí)際常見的鋰（離子、聚合物）電池的充電電流可見到0.3C-1。5C范圍，少量有達(dá)2C的充電應(yīng)用。低于0.3C的充電電流不會(huì)對(duì)電池造成不良影響，其不常使用的原因是充電時(shí)間太長(zhǎng)，不實(shí)用。鎳鎘和鎳氫電池可見到高達(dá)10C的充電電流。此處C即為電池標(biāo)稱的Ah數(shù)的值。

作為功能單一的充電器對(duì)比和作為一個(gè)復(fù)雜的電池管理電路的一部分對(duì)比，對(duì)脈沖充電和恒流充電可得到不同的評(píng)價(jià)結(jié)論。

只作為充電器看，脈沖充電器的充電速度一般比連續(xù)電流的充電器快，電路也會(huì)“簡(jiǎn)單些”。實(shí)際上這個(gè)“簡(jiǎn)單些”是有條件的；一方面它把限流和散熱的問題推給了電源適配器，另一方面在其接近充滿時(shí)電路的簡(jiǎn)單性是建立在安全性的妥協(xié)上的。如果電源適配器與脈沖充電器的配套性不能從根本上保證，例如不是一體的，則存在錯(cuò)用電源適配器的風(fēng)險(xiǎn)。如果在接近充滿時(shí)仍采用同樣的脈沖電流充電，短時(shí)間內(nèi)施加在電池上的電壓會(huì)接近和超過4.1V或4.2V。這個(gè)電壓由電化學(xué)膜和通路上的阻性壓降分擔(dān)。近年的電池廠家持續(xù)致力于于減少通路上的阻性和提高體積儲(chǔ)能密度，這使得在脈沖期間擊穿電化學(xué)膜、進(jìn)一步產(chǎn)生內(nèi)短路的可能性增加。去年日本的若干機(jī)構(gòu)已明確提出在電池組中禁止使用簡(jiǎn)單的脈沖充電。如果在接近充滿時(shí)降低充電電流，將使得脈沖充電速度下降?；旧希?dāng)充電器與電源適配器做為一個(gè)整體時(shí)，并且電源適配器可提供4.3V的電壓限制和能粗略限制電流時(shí)，可以選擇脈沖充電器。有測(cè)試資料表明，脈沖充電更有利于保持電池的容量。

當(dāng)充電器做為設(shè)備的內(nèi)嵌部分時(shí)，由于通常還希望利用充電器的部分元件完成充電-負(fù)載電流分配、充放電通道開關(guān)和實(shí)現(xiàn)冷電池工作等等，在這個(gè)情況下基于恒流的電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)這些功能比較方便。

當(dāng)去年電池的安全問題凸現(xiàn)后，盡管脈沖充電的可用性的爭(zhēng)論很多，但實(shí)際設(shè)計(jì)中采用脈沖和恒流方式的比率并沒有出現(xiàn)一邊倒的情況。目前無論是在筆記本還是在手機(jī)中，兩種方式的設(shè)計(jì)依然并存。

Q17：開關(guān)型充電器與線性充電器的比較。

能否具體談?wù)勯_關(guān)型充電器與線性充電器的電路結(jié)構(gòu)有何差別，各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)是什么？?jī)煞N充電器的目標(biāo)應(yīng)用范圍分別是什么？

A17：此處所謂的開關(guān)型充電器一定指的是以開關(guān)電源的拓?fù)湔{(diào)節(jié)充電電流和電壓的充電器，而不是以間歇脈沖方式向電池充電的充電器。相應(yīng)地，線性充電器則是指通過控制調(diào)整管的導(dǎo)通程度進(jìn)而調(diào)節(jié)充電電流和電壓的充電器?；\統(tǒng)地講，這兩個(gè)結(jié)構(gòu)的差別可以等同與開關(guān)電源和線性電源的差別，即一種是借助電感元件的儲(chǔ)能和釋放過程調(diào)節(jié)電流和電壓、一種是利用調(diào)整管的消耗使剩下給負(fù)載（此處是電池）的電流和電壓得以調(diào)整。采用開關(guān)還是線性方式，與對(duì)充電過程的管理沒有直接關(guān)系。如充電過程中電流應(yīng)該如何變化、何時(shí)進(jìn)入何種充電狀態(tài)等與開關(guān)還是線性并沒有直接關(guān)系，這些部分屬于充電模式的范疇。

開關(guān)充電器的電路比線性充電器復(fù)雜，材料和生產(chǎn)成本要高。

線性充電器靠自身和附近的散熱結(jié)構(gòu)消耗掉多余的能量，因此能承受的輸入輸出壓差和電流的乘積非常有限，也不能從一個(gè)低電壓為較高電壓的電池充電。

不同結(jié)構(gòu)的開關(guān)充電器可能在較高的壓差、較大的電流和可能利用高、低輸入電壓以及反向輸入電壓充電。實(shí)際開關(guān)充電器產(chǎn)品幾乎都是開關(guān)降壓方式的，只有極個(gè)別為開關(guān)升壓的（如利用太陽能板充電的產(chǎn)品）。

線性充電器的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、便宜，缺點(diǎn)是自發(fā)熱大，以及受散熱限制不能在大壓差和大電流下工作。

通常，只要期望的壓差和電流下散熱能力許可，一般會(huì)選擇線性充電器。

選擇開關(guān)充電器往往是使不得已的選擇，如需要大充電電流和在大壓差下工作等；有些場(chǎng)合出自對(duì)高利用效率的需要也會(huì)采用開關(guān)充電器，例如當(dāng)試圖透過充電器通道在充電的同時(shí)給負(fù)載供電、而可用的電源輸出功率受限時(shí)的場(chǎng)合。除了傳統(tǒng)上筆記本電腦的電池組充電一直利用開關(guān)充電器外，最近使用大容量單節(jié)電池（如>1Ah）的應(yīng)用也開始尋求使用開關(guān)充電器，包括高功能的PDA、智能手機(jī)、UMD和UMPC等。

從結(jié)構(gòu)特征看，開關(guān)充電器的安全性高于線性充電器（線性充電器調(diào)整管熔通保護(hù)非常困難；開關(guān)充電器則可以利用續(xù)流管熔斷直通通道或直接采用無直通通道的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)）。只是由于期望開關(guān)充電器被期望用于更大的電池容量、要工作在更大的電流和電壓下，開關(guān)充電器的安全性需要得到更多的關(guān)注。