鉅大LARGE | 點擊量：498次 | 2022年04月09日
便攜產(chǎn)品鋰離子電池充電管理：適用靈活性是關(guān)鍵
與過去便攜式電子產(chǎn)品重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，更重要的是電池容量可以做得更大，以獲得更長的續(xù)航時間?？沙潆婋姵赜捎诒旧淼奶匦砸步o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)部充電電源管理方法都要根據(jù)具體使用情況詳加考慮。
單芯片充電管理方法或?qū)⒊蔀橹髁?/p>
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加一個脈寬調(diào)制解調(diào)單元(pWM)來實現(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方法則更為便宜簡單。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法的優(yōu)劣，選用最合適的方法即可。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新增，更多的應(yīng)用當(dāng)中選用更具可靠性的單芯片將會成為趨勢。
據(jù)王韻介紹，富士通的充電管理產(chǎn)品重要定位在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)團隊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)的鋰離子電池充電管理ICMB39A132和MB39A134已在地區(qū)和我國大陸等地許多大廠得到應(yīng)用，同時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)計廠商對充電部分的設(shè)計愈發(fā)重視，在對充電管理部分都會選用品質(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方法，他認(rèn)為專用充電管理IC形成的控制方法電路雖然簡單但功能比較單一，通常只能對特定參數(shù)的鋰離子電池進行充電，而不同型號的便攜式產(chǎn)品往往使用不同型號規(guī)格的鋰離子電池，假如采用專用芯片，就會造成重復(fù)開發(fā)和資源浪費。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
用MCU+pWM實現(xiàn)的Buck電路成本低且控制方法靈活，可以方便地進行改進和升級，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)計研發(fā)與制造。不同于市場上其他的Fabless設(shè)計公司，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)計和先進的工藝技術(shù)整合來優(yōu)化產(chǎn)品的性能和成本，以供應(yīng)具高性價比的應(yīng)用系統(tǒng)解決方法。
實際上BCD半導(dǎo)體關(guān)注的重點是高效率低成本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償專利技術(shù)，內(nèi)置溫度補償和變壓器原邊電感補償，可以在省去光耦和次級反饋控制電路的情況下實現(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數(shù)，簡化電路設(shè)計，現(xiàn)已成功應(yīng)用于手機、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。為了進一步提高電源轉(zhuǎn)換效率、降低待機能耗，我們又進一步在業(yè)界領(lǐng)先推出了滿足五星級標(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EpSv2.0和五星級手機充電器標(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220VAC適配器以外，用戶還希望隨時能夠通過USB接口或車載電源等對各種設(shè)備的電池進行充電，此外還有用戶要求在設(shè)備充電的同時能夠繼續(xù)使用其功能，因此設(shè)備的充電管理電路要更具靈活性，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要更寬的工作電壓范圍，這樣就要使用更高電壓的半導(dǎo)體工藝來進行芯片的設(shè)計。王韻表示，第二個挑戰(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，通過對輸入電流進行動態(tài)的分配，保證了系統(tǒng)用電和電池充電可以同時穩(wěn)定進行。
由于AC適配器/USB/車載電源所供應(yīng)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要通過升壓才能進行充電，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)備工作時同時充電，要求充電管理IC有很好的抗干擾設(shè)計，同時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，防止入不敷出的情況發(fā)生。從充電IC的設(shè)計來看，目前面對的挑戰(zhàn)包括：1、如何進一步提高充電轉(zhuǎn)換效率和降低待機的功耗;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保證電池的安全使用壽命;4、如何進一步擴展充電控制方法的靈活配置以期適應(yīng)不同型號電池的充電要求。吳昕補充道。
他認(rèn)為，便攜式產(chǎn)品充電器如手機充電器是一個相對成熟、穩(wěn)定的市場，目前國內(nèi)相應(yīng)生產(chǎn)公司大多以生產(chǎn)制造為主，技術(shù)開發(fā)的力量相比較較薄弱。同時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)保意識的增強，政府和各類環(huán)保組織、機構(gòu)，包括手機廠商本身，都提出了多個涉及充電器的節(jié)能環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，例如我國工信部頒布的《移動通信手持機充電器及接口技術(shù)要求和測試方法》(YD/T1591-2006)、能源之星EpS2.0、手機充電器分級標(biāo)準(zhǔn)等等，都旨在減少資源浪費、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了充電器產(chǎn)品的技術(shù)革新。
