锂离子电池充电IC向高精度、智能化和高集成化发展

随着便携式电子产品的广泛使用，电池的重要性与日俱增。基于环保方面的要求和重复使用的考虑，锂离子电池凭借出色的充放电性能和环保的碳电极正成为目前的主流产品。针对锂离子电池对充电条件的严格要求，半导体制造商们开发出了多种高效、安全和智能化的电池充电IC。

性能良好的锂离子电池充电IC一般由恒流/恒压源电路、电池电压检测电路、电池温度检测电路、限流保护电路和逻辑控制电路组成。有一些IC还加上了安全定时、充电状态指示和关闭控制等功能。配合外部电路和分立元器件的使用，充电IC不仅可以完成对锂离子电池的充放电管理，还可以帮助便携式设备控制和管理其电源电路。

高集成度和高控制精度充电IC是主流产品

“锂离子电池的充电需要经过恒流和恒压两个过程才能完成，因此充电IC的控制精度就特别重要。”凌特公司(Linear Technology)负责电源管理业务的产品营销经理Afshin Odabaee表示，“充电IC的精度决定了电池的充电量和寿命。”

快捷公司技术市场工程师张三岭也认为控制精度是选择充电IC的首要考虑，他说：“锂离子电池充电IC的恒流和恒压控制是不可或缺的功能。有些小型制造商为了节省成本而推出了只有恒压控制的充电器，但这是绝对不能满足锂离子电池的充电需求的。”据调查，目前市场上新推出的锂离子电池充电IC大部分都已经达到了1%的恒压控制精度。

除了高精度的恒压和恒流控制外，充电IC还需要电池电压检测、温度检测以及关闭控制等功能用来实现保护作用。而为了适应目前移动设备体积越来越小的趋势，半导体制造商们开始将越来越多的保护功能集成到充电IC中。

安森美半导体公司已经推出了多款电源及充电控制IC，其最近针对低成本应用推出的NCP1800就是一款高集成的产品，该产品具有多种功能并大大减少了外部元件数。

不过该公司的高级应用工程师陈东欣认为，虽然更多的集成可以减小产品的体积和降低成本，但却也有可能导致灵活性的减少。他表示：“集成了大量功能的充电IC产品，对有些客户来说可能意味着过多的限制。用户本身就是专家，他们会有自己的考虑也完全有能力去自己处理。”

尽管业界对高度集成的态度不完全一致，但这始终是制造商降低成本的主要手段。Micrel公司的产品应用专家Andrew Cowell表示：“对于今天的充电IC来说，最重要的就是成本低廉。”他认为充电IC的发展趋势就是应用更多的集成和提供更便宜的解决方案。

新设计趋向于终端内置充电IC

设计师在设计充电器产品时，往往会有两种考虑。一种设计希望将充电IC用作控制器，主要负责充电的监测和终止充电。较早的锂离子电池充电器多半采用这种设计思路，并将大部分保护和精度控制功能都设置在终端以外的充电器上。

这种设计的优势在于成本低廉并且安全可靠，不过其成品往往体积较大并且质量难以控制。“对便携式产品的制造商来说，像外置充电器这种配件产品往往会被外包出去生产。”凌特的Afshin Odabaee称，“可如果由于充电器的问题导致电池或终端设备的寿命减少，消费者还是会把这归咎于便携设备制造商。”

另一种设计的思路就是将充电IC集成在便携设备的PCB板上，并且和微控制器结合使用，而外部的充电器则被精简成一个简单的电源适配器。这种设计的好处在于不仅便于制造商控制其设备的充电质量，而且可以减少便携设备中微控制器和I/O接口的使用。

“越来越多的制造商将把充电IC内置到手机里，这是必然的发展趋势。”厦门科力士仪器有限公司副总经理黄荣辉认为，“这既可以保证手机制造商对手机本身的质量控制，又可以降低对手机外接充电电源的性能要求，还可以使外接充电器电源的体积更小。”

正是看到了这一趋势，该公司推出了一款高度集成的手机充电器电源。该产品体积仅为相同输出功率的线性或传统开关式直充电源的五分之一，而其价格仅为几十元人民币。这款产品采用了独特的隔离结构并具有短路、过载的自动保护功能，使手机充电器得以与手机本身的微型化同步。

“锂离子电池的充电器正变得越来越小，这在很大程度上也是由于电池本身变得越来越容易充电。”Micrel的Cowell说，“在这种情况下，把充电器或者充电器的一部分集成到便携设备里是完全可行的。”

随着锂离子电池充电性能的提高和移动设备的微型化趋势，俗称“旅行充电器”的产品正渐渐成为主流，人们也越来越习惯于使用这种方便轻巧的充电产品。“事实上，绝大部分下一代移动设备都已经将充电IC内置在设备之中。”Cowell补充说。

智能化是未来的趋势

看似简单的充电控制IC正变得越来越复杂，设计师希望充电IC不仅能管理充放电过程，还可以带来更多的灵活性。以凌特公司最新推出的充电控制IC LTC1734为例，该产品增加了一个多用途的PROG管脚。该管脚不仅可以连接微控制器用于充电功能的开关控制，还可以提供一个与充电电流成比例的电压，使微控制器可以准确地判断出充电进行的情况。

除此以外，许多公司还推出了使用范围更为广泛的智能充电IC。例如，德州仪器的bq2057集成了可编程充电电压/电流调整功能，并且可以激活深度放电的电池。

“这主要取决于客户对终端产品的要求和喜好。”凌特公司的Afshin Odabaee表示，“对于笔记本电脑这样的产品来说，系统管理总线(SMBus)和串行外设(SPI)接口正在被广泛地使用，这类产品对电池和充电管理的智能化要求也最高。”

新技术应用也有优势

除了传统的线性充电方式以外，锂离子电池还可以使用脉冲式充电器进行充电。与线性充电器相比，脉冲式充电器最大的优势就在于热损耗低。更重要的是，脉冲充电的热量将散发在适配器因此不会影响到终端产品。

不过对手机和PDA等便携设备来说，目前线性充电器仍然是主要应用产品。这主要是由于线性充电器的设计相对简单。

充分的保护功能仍是基本要求

锂离子遇到高温或者高压容易转变为易燃的锂金属，因此要特别小心避免过充电、过放电以及过流和短路的情况。所以对锂离子电池充电IC来说，锂离子电池充电IC除了要有精确的充电控制能力和灵活的管理功能外，还要有充分有效的保护功能。

目前市场对锂离子电池充电IC的要求主要有过充电电压保护、过放电电压保护、过放电电流保护和短路保护等。

此外，锂离子电池充电IC一般要求能够承受充电电压两倍以上的电压，以满足充电过程中的某些暂态情况下的要求。而反向保护也相当重要的功能，该功能能够在电池被错误反接时给充电电路提供保护。