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评谈:便携式应用挑战电源芯片的发展

2013-05-27 10:02
来源: 与非网

  充电

  便携式电子应用由电池供电并且为非线路供电的情况增加了系统中电源子系统的复杂性。例如,对一节电力耗尽的锂离子电池进行再充电并非是一个简便易行的过程。使用一个错误的充电曲线会缩短电池的有效使用寿命。

  此外,一个完整的锂离子电池充电过程由三个截然不同的阶段组成。在第一个充电或预充电阶段,电池经过一个短暂的时间段才能获得预充电。第二阶段以恒定电流为特点,该阶段出现在经过一个约为整个充电周期的 20% 到 30%相对较短时间段之后。该恒定电流充电阶段能将电池充电至其全部电量的大约 70% 到 80%。最后充电阶段以恒定电压为特征。这是三个充电阶段中最慢的一个阶段,所需时间占完成整个充电过程时间的 70% 到 80%。恒定电压充电阶段完成电池电量存储容量的最后 20% 到 30%。为锂离子电池监控充电过程的电源组件必须能够管理所有这些阶段,以最大化电池充电效果,并且确保最佳的电池使用寿命。

  根据便携式设备的要求,有几种不同类型的电池充电设备。在那些成本控制比效率更为重要的应用中,线性充电器提供了一种卓越的解决方案。然而,尽管开关充电器比线性充电器更加昂贵,但其功效至少能达到 90%。

  除充电过程本身以外,电源子系统还必须处理其它一些与电池相关的问题。例如,一些便携式系统具有替代电源(例如:能够被用于电池充电的 USB 端口等)。便携式媒体播放器可能会以一种通过连接至壁式插座的一般方法来进行充电,或者,作为另外一种选择,这种设备也可以通过将其 USB 端口连接到另一个设备(例如:膝上型电脑)的 USB 端口来进行充电。

  电源通道管理是一项独特的功能,其容许便携式系统在为电池充电过程中正常工作。电源子系统必须具有足够的复杂程度,以便在将电源用于运行系统的同时对电池进行充电。其它一些电池特征还可包括可能由短路引起的过压或者过电流保护。如果这些异常因素被忽略,那么它们将会破坏系统或电池,也可能对系统和电池都造成破坏。同时,还要求对电池进行身份认证,以避免在便携式系统中安装不合规格或来自配件市场的低质量电池。因此通过在封装中安装一个身份认证芯片,就能够使该系统保证用高质量的电池组为系统的运行提供电力。

  另一个便携式电源子系统的重要特性是监控电池的充电电平,并将该信息传达给用户。这就使得用户可以准确地知道系统在没有进行再充电的情况下还能工作多长时间。如果准备在电池完全耗尽电量以前对其进行充电,那么这样的信息就至关重要。锂离子电池的放电特性使此项任务变得更为复杂,并且使具有相当复杂程度的电池监控功能成为必要。

  一个简单电压监控功能并不能精确地反映出电池组的剩余使用时间量。容易让人产生误解的是,对于大多数放电循环而言,电压监控会对在电池容量中间范围进行的锂离子电池充电进行电平评定。但是,一旦电压下降至某一电平,电池上的剩余电荷便会在一个非常短的时间段内急剧下降。更为复杂的监控技术,通过诸如电池的老化程度、温度、充电循环次数以及循环深度等许多方面来对电池进行描述。通过该信息,阻抗跟踪技术使用一种复杂的板上算法来计算出剩余电池容量,其误差可在 1% 以内。

  分割电源子系统

  许多便携式系统都是基于一般由数个不同部分或分区组成的架构。并且,每一个分区均可以有其自己的一套电源要求。满足这些便携式系统中不同部分的个别需求常常要求专门的便携式电源芯片。

  由于其输出功率的低电气噪声,线性稳压器芯片通常被安装在便携式系统的射频 (RF) 分区中。许多线性稳压器均提供快速开启、调节和射频运行需要的低噪声。由于不需要电感,因此它们的体积都非常小,只占用少量的板级空间。

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