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新器件满足便携式电子设备中的电源管理三大趋势 |
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| http://cn.newmaker.com
7/3/2008 10:50:00 AM
电子工程专辑
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便携式设备中的电池问题已经成为当今半导体产业所面临的最大挑战。此外，在过去的两年里由于电池问题而引发的产品召回更是引发了业界对于目前广泛采用的锂电池技术安全问题的担忧。更长的续航时间、更小的尺寸与重量、更高的安全性已成为电源管理技术中最为重要的三个趋势。不过，TI已经做好了帮助工程师顺应这些趋势的准备。
TI便携式电源管理应用经理钱金荣不久前在上海介绍了这家公司去年底到今年初推出的数个新型电源管理芯片：集成了FET的可提高手机充电安全性的充电器前端保护器(CFE)bq243xx以及具有更高设备单体锂电池剩余电量测量精度的系统端及电池组端阻抗跟踪计量芯片bq27500，而后者更有集成了LDO能够以更少外部电路直接由电池驱动的新版本bq27510和bq27540。
“CFE的主要作用是保护系统免受输入过压、过流以及电池过压的影响。”钱金荣表示，他以手机为例指出，如今许多手机配备的USB接口不仅能够传递数据，也同时充当着电池充电器接口的角色。然而由于这两种应用中工作电流并不相同(分别为500mA和800mA)，从而会在热插拔中产生瞬态高电平。此外，如果充电器被高压击穿发生短路时，大电流会经由电池充电器输入系统。最后，如果锂电池过充电超过浮动电压时，电池还有可能发生爆炸。上述三种情况下都可能会对手机产生致命的破坏，而CFE的保护作用正在于此。
bq24311是bq243xx系列的首款产品，采用SON的封装仅有2x2mm2大小。能够承受最大30V的电压输入。其输入过压阈值为5.85V，可在必要时将输入与充电器断开(响应时间低于1us)。而其集成的MOSFET也支持可编程的电流阈值，确保系统不吸入过量电流。此外，可监控电池电压的第二层保护功能可在电池过压时终端输入充电电源。TI还提供具有6.8V和10.5V输入过压阈值的bq24316和bq24300。
在过去的十几年里，锂电池的容量已经从最初的1,000mAh提高到2,600mAh，而科学家们也在努力寻找新的材料以便电池容量能够继续保持每年增长7%的速度。但即便如此也无法跟上便携式电子设备对更多电量的需求。如何尽可能的利用到电池中的每一库仑电量成为最为现实的方案，不过钱金荣却指出，许多人也许并没有意识到：提高剩余电量的测量精度与提高电池使用效率同样重要。
“目前大部分的手机上都用四格来显示电池电量，这表示其电量的测量精度最多只有25%。”钱金荣说，“然而这还是没有工作的情况下。在有负载时，电池的压降取决于放电电流和电池内阻，而内阻又同温度、电池老化和已充电量多少有关。简单说，这种复杂度决定了通过电压来测量电池剩余电量多少是非常不准确的，其误差最多可达100%。”
传统电池包中集成了电量检测(Gas Gauge)和保护电路，前者的作用是通过跟踪电池的内阻、电流和电压来计算剩余电量。然而这种架构的缺点是在更换电池后必须要购买新的电量检测和保护电路，不仅加大了电池包的成本，也拉长了电池包的开发时间。为了解决这个问题，TI推荐了将电量测量电路置于系统侧的做法，首先推出的相应产品就是采用了阻抗跟踪技术的bq27500。
bq27500将电量测量电路置于系统侧
bq27500能够直接测量电池放电率、温度、老化程度以及其他因素的影响，准确测算出剩余电量。“误差不超过1%。”通过测量并存储实时电池阻抗值，能够随电池老化自动调节总电量。充电状态与总电量可根据电压和阻抗测量结果进行计算。该器件还提供准确的剩余电量报警功能，以便电池放电结束时，系统能够尽早做好准备。
除了bq27500，TI还提供了另外两款集成了LDO的bq27510和bq27540。前者将电量检测计设计简化并集成道主系统中，后者则可直接安装在嵌入式或可拆卸电池组中。
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