电池供电产品如手持汽车诊断器和USB供电装置、以及具有备援电池系统的非手持工业和医疗电子用品等，持续地透过新功能的整合，转化为更便利且功能更强大的产品。然而，对于新功能、便携性和使用弹性的要求，也同时带给产品设计工程师许多设计上的挑战，包括更具效率、快速且准确的电池充电设计、低功耗、独立运作、更小的解决方案尺寸、与USB和高电压电源的相容性、自主性管理等各种不同输入电源的能力，于是，包含线性和开关模式等不同架构的电池充电器IC纷纷出现，有些甚至能与智慧电池相容。

此外，这些电池充电器 IC能充电各种不同化学机理电池，包含从锂离子/聚合物到密封式铅酸（SLA）、镍氢以及镍镉电池等。本文将说明如何针对不同应用选择正确电池充电器IC，并探讨每一种电池充电器IC的充电架构和特质－包含设计与效能的权衡。

主要的设计挑战

当面临节省板面空间、与增加产品可靠度之需求的结合时，电池充电器IC所需的高阶功能整合，将为电池供电电子装置的设计带来极大压力。系统设计人员所面临的主要挑战包含：

解决方案

大电流能力与快速充电

大部分使用者对快速充电其电池供电装置能力的评价，引导出具备高电流充电能力的电池充电器IC。线性充电器架构或许可快速充电，然而功耗必须加以监视以防止过热情况发生，因为该架构的本质是一个线性稳压器，其功耗等于输入-输出电压差与充电电流的乘积。

以enables fast charging.开关模式为基础的充电器IC 更适合用于快速充电，因其电感为基础的架构，在更高的效率下可达到更高的充电电流，因此可将功耗降至最低。除了速度以外，高精确度的充电电流更可降低终端装置充电时间的变异度。

具备最低功耗的高效率充电

当电池容量增加，充电电流也比须随着增加，以维持合理的充电时间。传统线性稳压器的电池充电器也许无法满足充电电流和维持产品低温运作所需的效率，低效率意谓着更多热的产生。此种情况需要的是一个基于开关模式的充电器，其所需的空间约略等于线性方案，但却能产生更少的热。采用开关稳压器的架构原本便更具效率，这是因为功率元件导通-关闭切换的自然行为所致，而不像线性充电器里”永远导通”的功率元件。在一些凌力尔特的电池充电器IC中，所建置的Bat-Track自适性输出控制功能大幅改善了电池充电器效率，因为输入开关稳压器电路模块的输出电压，会自动地追踪电池电压。

《图一 相较于线性充电IC，LTC4001具最低功耗能力》

高输入电压能力与敏感度（Acceptance Susceptibility）

5.5V）牆式轉接器、"大部分客户非常满意其手持装置的便携性，因此，能够处理如Firewire/IEEE1394(?)、12V～24V 墙式转接器、未稳压的高电压（5.5V）墙式转接器、或汽车车内转接器输出等的高电压输入源，就可在居家或工作以外的地点快速充电。当使用这些电力来源时，转接器电压和手持装置内电池电压的电压差可能非常大，因此，一个线性充电器也许无法处理所产生的功耗，端看所需的充电时间和电流而定。

此种情况所需的，是一颗采用开关模式架构的IC，在维持快速充电的同时，还能提升效率，减少热管理问题。请注意，当讨论从USB、锂离子/聚合物电池或输入电压低于5.5V的墙式转接器供电时，线性充电器/功率管理器也许是较适合的，而且也能快速地充电，然而，一颗具备高电压能力的IC 对于输入电压的瞬变是较不敏感的，如此可增加IC 和系统的免疫力和可靠度。Linear’s LTC4002/6/7/8 switch mode chargers offer high-voltage input operation in excess of 28V and feature the highest efficiency with their synchronous buck switchmode topology.

PowerPath控制和理想二极体

目前，有许多可携式电池供电电子用品可由墙式转接器、汽车车内转接器、USB埠或锂离子/聚合物电池来供电。然而，自主管理这些来自不同电力源的电源路径控制，也衍生了重要的技术挑战。传统上，设计人员尝试着藉由一堆MOSFET、运算放大器和其它独立元件，独立地去执行这项功能，但却面临可能危害系统可靠性的热插拔和极大涌浪电流等问题。近期以来，即使是独立IC解决方案也需要许多晶片以建置一个实际的解决方案，而一个整合性电源管理器IC，便可轻易地解决这些问题。

PowerPath 控制允许终端产品在接上后立即工作，不论电池充电状况如何、甚或电池是不存在的；此称为「随开即用」操作。一个具备 PowerPath 控制的装置，可从USB VBUS 或墙式转接电源供应器提供电源予装置本身，还能充电其单颗锂离子/聚合物电池。

为了确保一颗充饱电的电池在排线连接后，还能保持满电的状态，IC会经由 USB 排线将电力导到负载，而不是从电池汲取电力。一旦电源被移除，电流从电池经由一个内部低损耗理想二极体流到负载，将压降和功耗减到最低。理想二极体的顺向压降远比传统或萧特基二极体小很多，逆向漏电流也极小，此极小的顺向压降可降低功耗和自我加热，延长电池续航力。详细情形可参考(图二)。

《图二 简化的PowerPath控制电路 》

整合PowerPath控制器和理想二极体装置「电池管理」的电池充电器，能有效地管理不同类型的输入电源，以降低功耗，并且全数具有极小的构型尺寸。

轻巧的封装尺寸与解决方案

空间对于可携性装置而言是相当珍贵的，甚至对于一些非可携性产品亦然。针对空间限制性的应用，精小的解决方案可节省板面空间，降低元件数，节省 PCB 制造的「取放操作」成本，改善系统的可靠度。微型、低高度封装节省板面空间与高度。

当权衡架构和尺寸时，主要的设计折衷考量将是效率。例如，线性充电器不需电感，但效率比开关模式充电器低，开关模式充电器需要电感，因此需求更大的空间。

整合阻断二极体增加了一层保护，且节省空间；整合型功率装置将热能管理整合入晶片内，节省板面空间和成本；开关模式架构充电器的高开关频率降低外部元件，如​​电感和电容的尺寸；整合检测电阻不只节省成本和空间外，还可去除造成精准度问题的板面布线错误的可能性，而多重输入充电器能提供更高的设计弹性和降低PCB工序。

USB相容性、便利性和高功率

针对GPS导航器、PDA、数位相机、相片浏览器、MP3/MP4播放器和其它多媒体装置而言，传统5V/500mA（2.5W）USB 电源、高输入电压源和电池充电能力具有许多优点。例如，USB电源提供外出时，无需携带旅充转接器的便利性；相关装置可由膝上型电脑或其它具有USB埠的设施来供电。如前述，高电压输入源允许在如汽车内等不同地点充电，这对最佳自由度和可携性而言是相当重要的。

《图三 LTC4089的典型应用电路 》

(表一)上述的属性要求，归纳了凌力尔特主要电池充电器IC 的特性，其中涵括了极广泛的产品群。

结论

电池供电产品设计人员正面临缩小尺寸、便利性、高效率、快速充电和低功耗，以及针对可携要求的USB相容性、高输入电压能力等挑战。

同时，各项设计还需加以整合以节省板面空间、降低制造成本和提升产品可靠度。凌力尔特拥有一个极大且成长中的电池充电IC 产品家族，其不仅使产品设计人员的工作变得更轻松，更提供宽广的特性选择，产品范围包含从Battery-powered product最小的2mm×2mm独立线性充电器，到快速充电高效率开关模式充电器、与智慧型电池完全兼容的充电器IC等。这些高效能 IC 为系统设计人员和可携式、或不可携式电池供电电子装置的终端用户带来了无数利益。

（作者为凌力尔特产品行销工程师）