過去幾十年間，便攜式設備的功能和性能得到了顯著提升，手機就是一個很好的實例。它們已變得更為復雜，不僅能夠完成許多基本任務，而且還能像計算機一樣工作。更多的功能性已經(jīng)把智能手機從一種只能接打電話的設備變成了多用途便攜式設備，這也使其對功耗的需求空前高漲。

　　內(nèi)部電池組是存儲電量并為便攜式設備電路供電的主電源。電池充電器 IC 負責安全高效地為電池組充電。此外，它們還必須控制提供給系統(tǒng)的電源，確保在插入墻上電源時設備能正常工作。電池組需要在不影響重量與體積的情況下，不僅能存儲大量電源，而且還能在短時間內(nèi)完成充電。更高的充放電電流加上更小的物理尺寸，使得電池組很容易受到物理及熱應力的損壞。因此，電池充電器光作為簡單的獨立充電器已經(jīng)不夠了。

　　要確保合理的充電時間和安全的充電條件，電池充電器 IC 需要具有高度的靈活性，因為它必須保證隨時為系統(tǒng)供電，并保證為電池和系統(tǒng)提供適當?shù)谋Ｗo。本文不僅將探討單體電池充電器解決方案，而且還將詳細介紹小型高功率應用充電器的性能與限制。

　　單電池充電解決方案概覽

　　充電電池對手機和可穿戴電子產(chǎn)品等電子設備都至關重要。充電電路不僅必須認真設計，而且很大程度上還取決于三大因素：電池化學成分、功率級以及系統(tǒng)負載。不同的電池化學成分需要不同的充電方法。應用的電源需求會直接影響充電系統(tǒng)的成本與尺寸。最后，必須考慮系統(tǒng)電源需求，明確是選擇電源路徑還是非電源路徑。

　　鋰離子電池正在成為許多便攜式應用的首選，主要原因是：它們不僅能以較小的尺寸重量提供較高的容量，而且還具有低自放電與高單元電壓（通常為3.6V）的特性，能夠?qū)崿F(xiàn)只有一節(jié)電池的電池組設計。雖然具有上述優(yōu)點，鋰離子電池也容易受到應力損壞。它們需要特別考慮充電電流、穩(wěn)壓、小電流充電等級以及溫度監(jiān)控等。

　　基本充電方法有兩種：線性充電與開關模式充電。開關模式充電可在廣泛的AC 適配器電壓下最大限度地降低功耗，但會占用更多的板級空間，增加復雜性。此外，開關模式應用通常比相應的線性應用成本高-。線性充電器體積較小，非常適合噪聲敏感型設備。不過，它們在整個充電過程中的效率沒有開關模式設備那么高。

　　選擇充電方法時，設計人員要根據(jù)成本、空間、材料單 （BOM） 數(shù)量以及效率（熱負載）進行綜合考慮。系統(tǒng)需求不同，就會有不同的電池充電器解決方案，從簡單的獨立充電器到也可為系統(tǒng)供電的嵌入式充電器都有可能。系統(tǒng)需求包括但不僅限于：

　　● 動態(tài)電源路徑管理（DPPM） 需求，可確保系統(tǒng)在電池電量耗盡或斷開電池的情況下仍能立即開啟。

　　● 電池與系統(tǒng)路徑的低FET RDS（on），可確保合格的整體效率與散熱管理。

　　● 高充電電流，不僅支持高容量電池組，而且還可縮短充電時間。

　　● 輸入電壓動態(tài)電源管理 （DPM），支持任何適配器和／或 USB 端口限制。

　　電源要求（適配器限制）

　　目前大多數(shù)智能手機適配器都標定為 5 至 10W 的最大輸出功率。圖 1 是不同充電電流等級所需的 USB端口或適配器輸入電源。對于 1.5A 的充電電流來說，隨著電池電壓從 3V 上升到最高電壓，所需電源可從 3W 線性上升至 5W。對于 3A 充電速率而言，整個充電周期，輸入需要提供高達 12W 的電源。在這種情況下，根據(jù)電池充電狀態(tài)不同，5W 或 10W 適配器可能會毀壞，進而導致系統(tǒng)崩潰。為了避免這種情況發(fā)生，充電器要具有某些類型的保護功能來降低輸入供電。

　　圖 1.不同充電電流所需的輸入電源

　　TI 的 bq24250 等電池充電器支持動態(tài)電源管理 （DPM），可監(jiān)控輸入電壓 （VIN_DPM）。在正常充電過程中，如果輸入電源不能支持編程的或默認的充電電流，輸入電壓就會下降。如果輸入電壓降至設計人員設定的 VIN_DPM 閾值，充電電流就會降低。這可限制輸入電源的供電，避免輸入電壓進一步下降。該特性可在無任何硬件改變的情況下，確保 IC 兼容于具有不同電流功能的適配器。

　　充電時間

　　如前文所述，充電時間取決于電池容量和充電速率?？s短充電時間的最簡單方法就是加快充電速率。不過，電池充電速率如果超過電池總?cè)萘康?80% （0.8C），就會在電池上產(chǎn)生應力。這會縮短電池使用壽命，可能也會損壞電池組，造成災難性后果。TI 開發(fā)了充電周期的充電時間優(yōu)化技術，與其它解決方案相比，其可在給定充電速率下縮短充電時間。鋰離子電池的充電周期主要包括三個階段：預充（小電流）、快充（恒定電流）和逐漸變?nèi)酰ê愣妷海┩A段之間的過渡對許多開關模式充電器來說并不理想。圖 2 重點顯示了在原有充電器電路中從恒定電流過渡到恒定電壓階段的情況。電壓和電流都沒有太明顯的變化，這種行為會在充電周期中造成時間和功率上的損失。

　　圖 2：原有充電器（不支持時間優(yōu)化技術）

　　TI 鋰離子電池充電器用時間優(yōu)化技術改善了這種不同階段之間的過渡。圖 3 顯示的充電周期與圖 2 采用的電池和充電條件相同。充電時間縮短了 15% 以上。在最新充電器上這種過渡要強烈得多，其在快充階段的時間更長，而后再轉(zhuǎn)換到逐漸變?nèi)蹼A段。這就能讓電池組以更快速度獲得更多電量，從而可在不增加充電速率的情況下縮短充電時間。

　　圖 3：開關模式鋰離子電池充電器