电路板尺寸与 BOM 成本 - 高功率便携式设备电池充电的几点注意事项（下） 实际应用, 充电器, 电路板, 成本, 电池

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对较高充电速率来说，线性充电器就没那么有吸引力了。其在充电周期上降低的效率会在系统上导致热负载。这一点在尺寸受限的电路板和高功率应用中尤为突出。这些条件就推动了对全面集成型开关模式充电器的需求。
　　TI 等厂商正在积极推进包络创新，通过在不影响器件性能的情况下缩减 BOM 成本与电路板尺寸来满足市场要求。例如，bq24250 是一款高度集成的单体锂离子电池充电器及系统电源路径管理 IC，主要面向采用高容量电池的空间有限型便携式应用。图 4 是提供实际应用面积尺寸的各种器件。举例来说，bq2425x 系列充电器支持高达 2A 的充电电流、经济型 BOM 以及 42 平方毫米的应用面积。

　　适用于不同应用的DPPM充电器

　　散热性能与效率
　　缩小充电器面积尺寸会影响整个电路板的散热性能。更少的可用面积可导致充电过程中功耗产生的热量散发空间更小。就给定的电路板面积而言，唯一降低热负载的办法是提高电源转换期间的充电器效率。更高的效率可带来更低的功耗，而 IC 和电路板产生的热量也会更少。
　　在更高功率应用中比较线性充电器与开关模式充电器的功耗时，线性充电器处于劣势，因为功率消耗可能非常高，对于较低电池电压而言尤其如此。这是因为线性充电器采用线性稳压器进行功率转换。另一方面，开关模式充电在整个电池电压范围内的效率要高得多，可产生较低的功率耗散。图 5 是线性充电器与开关模式充电器之间的功耗对比。

　　线性充电器与开关模式充电器
　　改善电路板上的充电器散热性能，选择开关模式充电器而不选择线性充电器是符合逻辑的。降低开关充电器内部集成型 FET 的 RDS（on） 有助于提高大电流下的充电器效率。这是因为大电流情况下大多数开关充电器功耗都是由 FET 的 RDS（on） 造成的。bq24250锂离子电池充电器集成了功率 FET 与低 RDS（on）。内部高侧及低侧 MOSFET 的额定电阻分别仅为100m Ω。这有助于降低从输入到系统输出的功耗。FET 切换至电池的 RDS（on） 仅为 20mΩ，这也有助于降低充放电期间的损耗。图6 提供的bq24250 系统效率数据可高达 95%。

　　bq24250锂离子电池充电器的系统效率

　　电池保护与电池使用寿命延长
　　高功率便携式电子设备的一个主要问题是电池使用寿命周期。电池容量随时间推移的降低可缩短运行时间，严重影响用户体验。延长电池使用寿命周期的一个主要方法是降低充放电过程中的应力。锂离子电池对电池组上过流或过压产生的应力非常敏感。bq24250 等电池充电器 IC 可调节电池电压，支持±0.5% 的室温误差精度。对充电电流而言，该 IC 可在 0 至 125 摄氏度的温度范围内针对高达 2A 的充电电流提供±0.75% 误差精度。这种高精度有助于设计人员根据应用需求精确编程电压与电流等级。有了这些精确的充电参数，电池就可在不影响电池使用寿命周期的情况下更积极地充电。这可在维护安全充电解决方案的同时，缩短充电时间。

　　不同温度下的充电电流精确度

　　图 7 是 0 至 126 摄氏度温度范围的 3 种充电电流准确度。对于高达 1.5A 的充电电流而言，产品说明书中显示的误差精度不超过 2%（典型值）。
　　系统关闭模式 （SYSOFF）
　　在预售发货存储过程中，电池需要与系统其它部分断开，以免耗尽电池电量。bq24250 电池充电器具有SYSOFF 模式，其可通过设置来关闭电池 FET，断开电池与系统的连接。在使用 SYSOFF 模式时，电池到IC 的泄漏电流将降低至 1μA 以下（图 8）。设计人员可对系统进行编程，在终端客户将电源插入充电器时自动退出 SYSOFF 模式。

　　SYSOFF模式下的电池泄漏电流

　　应用灵活性
　　在当前竞争激烈的市场上，大多数市场参与者都在不断追求更低成本，以实现更高的利润率与更大的竞争实力。如果能够针对不同产品及多代要求改变相同芯片的使用意图，就会为不同系统设计直接节省成本。此外，这还可缩短应用学习曲线，通过使用已知可行解决方案来避免不必要的风险。市场正需要集成多种特性的电池充电器系列来为不同应用提供高度的灵活性。例如，如果一款充电器支持宽泛输入电压， 它就适用于各种不同的适配器，从而可能会降低库存成本。充电电流的高灵活性可支持充电宝、智能手机、低级充电以及蓝牙 （Bluetooth.） 耳机等应用的更大电流。
　　许多充电器提供两种芯片控制方案：I2C 通信与独立式，这允许根据需要调节每个应用。在 I2C 模式下，设计人员可对 VIN_DPM 阈值、充电电流、输入电流限制、稳压和充电结束电平等各种参数进行编程。在独立模式下工作时不需要主机控制，设计人员不仅可使用外部设置来编程以上参数，而且还可利用外部引脚来选择不同输入电流限制级和启用／禁用芯片。
　　符合 BC1.2 标准的 D+/D– USB 检测特性可为实现更稳健 USB 充电提供更高灵活性。过去，USB 充电非常直接，设备直接从 USB 端口为电池供电，没什么控制功能。在今天的高功率应用中，设备需要从 USB 端口获得更大电源，这就需要实施更复杂的标准和协议。此外，随着相同 USB 端口连接器中不同 USB 标准的标准化，能识别可连接设备的类型是一项极具竞争力的实用特性。
　　结论
　　高功率便携式设备充电有许多可用选项。目前提供的充电 IC 支持功率路径管理以及可实现更高效率的高充电电流，从而可缩短充电时间，降低热应力并缩小解决方案尺寸。低成本 BOM 加上小尺寸解决方案，可在不影响尺寸与容量的情况下降低器件成本。