电池与充电管理：选择与权衡因素

锂离子/锂聚合物电池

与 NiCd 电池和 NiMH 电池相类似，在快速充电之前尽可能检验并调节锂离子电池。验证和处理方法与上述使用的方法相类似。

如图 2 所示，验证和预处理之后，先用一个 1C 或更低的电流对锂离子电池进行充电，直到电池达到其充电电压极限为止。该充电阶段通常会补充高达 70% 的电池容量。然后用一个通常为 4.2V 的恒定电压对电池进行充电。为将安全性和电池容量，必须要将充电压稳定在至少 1%。在此充电期间，电池汲取的充电电流逐渐下降。就 1C 充电率而言，一旦电流电平下降到初始充电电流的 10-15% 以下充电通常就会终止。

图 2 锂离子电池化学技术充电曲线

开关模式与线性充电拓扑的对比

传统上来说，手持设备都使用线性充电拓扑。该方法具有诸多优势：低实施成本、设计简捷以及无高频开关的无噪声运行。但是，线性拓扑会增加系统功耗，尤其是当电池容量更高引起的充电率增加的时候。如果设计人员无法管理设计的散热问题，这就会成为一个主要缺点。

当 PC USB 端口作为电源时，则会出现其他一些缺点。当今在许多便携式设计上都具有 USB 充电选项，并且都可提供高达 500mA 的充电率。就线性解决方案而言，由于其效率较低，可以从 PC USB 传输的“电能”量就被大大降低，从而导致了充电时间过长。

这就是开关模式拓扑有用武之地的原因。开关模式拓扑的主要优势在于效率的提高。与线性稳压器不同，电源开关（或多个开关）在饱和的区域内运行，其大大降低了总体损耗。降压转换器中功率损耗的主要包括开关损耗（在电源开关中）以及滤波电感中的 DC 损耗。根据设计参数的不同，在这些应用中出现效率大大高于 95% 的情况就不足为奇了。

当人们听到开关模式这个术语时大多数人都会想到大型 IC、大 PowerFET 以及超大型电感! 事实上，虽然对于处理数十安培电流的应用而言确实是这样，但是对于手持设备的新一代解决方案而言情况就不一样了。新一代单体锂离子开关模式充电器采用了最高级别的芯片集成，高于 1MHz 的使用频率以最小化电感尺寸。图 1 说明了当今市场上已开始销售的此类解决方案。该硅芯片的尺寸不到 4 mm2，其集成了高侧和低侧 PowerFET。由于采用了 3MHz 开关频率，该解决方案要求一个小型 1uH 电感， 其外形尺寸仅为：2mm x 2.5mm x 1.2mm (WxLxH)。

充电器的选择

电池充电器工具使得设计人员选择正确的充电器的过程更轻松。图 3 是 TI 网站上提供的一种工具的示例。

图 3 电池充电器选择工具

参考文献

如欲了解电池充电选择工具的更多详情，敬请访问：www.ti.com/batterychargerselector-ca。
如欲了解 TI 本解决方案和其他电源解决方案的更多详情，敬请访问： www.ti.com/power-ca。

作者简介

Masoud Beheshti 现任 TI 电池充电管理总监。他从事电源和电池管理领域的设计、产品定义、战略营销和业务管理工作超过 19 年之久。Masoud 毕业于瑞尔森大学 (Ryerson University, Toronto, Canada)，获电子工程理学士学位，后又毕业于南卫理公会大学(达拉斯) (Southern Methodist University, Dallas, Texas)，获金融与营销 MBA。