德州仪器将“阻抗跟踪”用于手机，以1%精度显示电池余量

目前大多数手持设备都不能准确监测剩余电池电量，只能简单测量电池电压，以此来猜测剩余电池电量。

钱金荣：电压监测的方式下，电池老化后更难准确测试，因为电池内阻会随着电池的老化而迅速增加。

“在市场上许多以‘格’表示剩余电池电量的手机中，当电压在3.8~3.4V时，往往一格就代表了50%的剩余电池电量，完全不精确。”德州仪器(TI)便携式电源管理应用经理钱金荣博士对《国际电子商情》记者表示。他解释道，电压监测的方式下，电池老化后更难准确测试，因为电池内阻会随着电池的老化而迅速增加。比如电池在充电100个周期后，内阻可能会增加100%。而且，温度的变化也会影响电池内阻。因此，这种传统的监测技术，不仅需要通过不可靠的静态建模技术根据电池的放电率、温度和老化程度进行补偿，还必须对自放电速率和其它不可测量的电流进行建模。由于这些模型本身就存在误差，且很难进行最小化，因此最终用户很难准确了解随着电池的老化到底还剩多少运行时间。 “一般来说，传统电压监测方式下，新电池的电量监测误差为15%，而电池老化后的误差更大。”钱金荣指出，“TI近期推出的新技术——阻抗跟踪技术可将监测精度提升到1%。”

主要电源管理IC厂商市场份额的变化趋势。9Asesmc

日前，TI将已大量用于笔记本电池监控的技术——“电池阻抗跟踪”技术成功用于手持设备中，并且从今年初的电池侧应用，进一步设计到用于手机系统侧。“用于系统侧的好处是寿命更长，因为一般来说，手机的寿命比电池的寿命长得多，因此监测IC不会随着电池的更换而仍掉。”钱金荣说道，“但是，从电池侧转换到系统侧会面临许多挑战，比如如何检测电池是否插入、如何检测电池的种类等等。现在TI已克服了这些挑战。” 他向《国际电子商情》解释，阻抗跟踪技术是实时地监测电池阻抗，通过比较电池电压、电池阻抗以及电流积分，准确分析充电状态，根据测算的放电曲线上调或下调剩余电量状态。“其剩余电量测试可精确到1%，将来手机就会像笔记本电脑一样，可以1%的精度来准确显示剩余电量。”钱金荣说道，“已有手机厂商在采用我们的bq27350电池监测IC在设计，用户不久就会看到市场上有手机销售了。”他补充道，但是他不肯透露手机厂商的名字，据猜测可能是摩托罗拉在采用。 bq27350是TI今年初推出的具有阻抗跟踪技术的电池监测IC，但是用于电池侧，目前已进入批量生产，主要用于智能手机和一些POS机中。此次推出的是用于系统侧的bq27500电池监测IC，比之前的更进一步，已可批量供货。系统侧实施方案使手持设备制造商无需再为终端设备的电池组添加额外电子元件，从而降低了成本。并且，由于电池的体积越来越小，在电池上集成电子元件是一个更大的挑战。“我们在2004年开始将阻抗跟踪技术用于笔记本电池的剩余电量监测，目前已被大部分笔记本电脑厂商采用，既有电池侧也有系统侧的方案。我们已针对笔记本电脑应用进行了500个周期测试。现在正在对手机应用做相类似的测试。”钱金荣表示。目前这种先进的电池电量监控主要应用于高端的智能手机上，主要原因是成本考量。一千颗bq27500的报价是1.35美元。 还有一种剩余电量监测的方式是介于传统的电压监控和阻抗跟踪技术之间，称为电量积分检测。“这种监测方式的误差比传统电压监测小很多，可提升到4~5%，但是，它同样随着电池的老化误差会加大，同时，需要不断做learn function，了解功能的变化，实现困难。”钱金荣分析说。目前美信等公司有这种方案。 监测精度提升代表着电池的使用时间和寿命将大大延长。钱金荣分析道，在传统的电压监测方式，当电池还剩10%左右的电量时，系统就会提示低电量，然后断电；而充电时也不会真正充满，“所以一般来说，电池的能量仅被使用了80~90%，但如采用精确测量的阻抗跟踪技术，这种现象就会大大改善，相当于延长了电池的使用时间和寿命。” 除了准确监测外，bq27500置于系统侧，还能实施其它电池管理功能如电池组认证等。 电池的安全性成为OEM首要考虑因素 随着近年来几起电池爆炸事件的发生，电池的安全性被提升到最重要的位置，也成为手机OEM首要考虑的因素。“对于电池来说，除了要求延长电池寿命外，安全性也是非常重要的，它包括对电池组的认证和安全保护两个措施。”钱金荣指出。 对于电池组的认证，还可分为低级认证和高级认证不同的级别。所谓低级认证，即指在电池组中有一个身份识别号码；而高级认证则是在电池组中设有密钥。TI的bq2022适用于前者；而bq26100适用于后者。bq26100支持在电池中设置160位的加密，采用金融系统所用的Sha-1加密算法进行认证，非常安全。 至于安全保护功能，现在业界普遍采用充电器前端电路进行充电电池保护。“TI目前在此芯片上处于业界领先地位，TI集成FET的最新bq243xx系列充电器前端电路系列可以对电池充电提供三重保护，即输入过压、过流以及电池过压三重保护。能在手持式设备充电时实现最大的安全性。”钱金荣表示。bq24314是此系列中的首款产品。它实施三重保护的功能如下： 输入过压挑战：输入过压情况是由稳态或瞬态电压事件引起的，如热插拔充电适配器，使用非稳压或不正确的适配器，或发生负载瞬态等。上述情况会提高电压或使设备处于峰值电压下，这可能会导致主机系统的损坏。bq24314能够检测过压电平，在必要时将输入与充电器高效断开，从而保护设备。该器件支持5.85V的输入过压阈值。另一版本bq24316则可支持高达6.8V的过压阈值。 大电流输入过流保护：如果从输入直接连接至系统的总线电压，采用电池充电器的集成电源管理器件就可能出现输入过流的情况。很多情况下没有合适的保护机制用于限制从适配器向系统输入过大电流。可编程bq24314能感测并调节其集成MOSFET，确保系统不吸入过量电流，从而限制了大输入电流的流入。 电池过压保护：如果单体锂离子与锂聚合物电池过充电，超过其浮动电压(通常约为4.2V)，就可能发生潜在的危险。因此，便携式设计人员现在正在寻找冗余安全机制，以确保电池的安全性，而且符合有关标准要求。bq24314相当于可提供监控电池的第二层保护功能。如果检测发现电压过大，就会中断输入充电电源。 不过，该款电路不能提供电压调节功能，当输入大于阈值时，就会断开。TI即将推出的新系列bq24300除了以上的所有功能外，还会增加电压调节功能。“便携式电源管理是TI的主要领域，相比竞争对手，我们在该领域的发展趋势很好。