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隨著人們對電子設備的日趨依賴,其動力核心——電源管理芯片的市場也跟著水漲船高。從2007年的80億美金到2011年的140億美金,如此龐大的市場引來眾多廠家分食。僅電池充放電管理這一項,便種類繁多、花樣百出得讓系統工程師們目不暇接。電源管理是一門經久不衰的科技藝術,德州儀器(TI)專家的觀點或許能給大家的設計工作帶來一些啟示。

從電池“源頭”入手,安全性能首當其沖

從去年的索尼電池大范圍召回到今年的諾基亞手機頻頻爆炸,電子設備電池的安全性能已經成為用戶最為關注的熱點。雖然以上事件有制造工藝方面的因素,但電源管理芯片制造商們還是在電池安全性能上費盡心思,希望把意外事故從源頭遏止。

德州儀器便攜式電源管理應用經理錢金榮博士向電子工程專輯的記者介紹了兩種主要的電池安全技術:一是電池認證技術,該技術可以幫助電子設備有效抵制假冒偽劣電池。二是電池保護技術,通過充電前端保護芯片的一次保護和電池包內部保護芯片的二次保護,可以將電池充電時因過壓、過流等因素帶來的危險性降到最低。

錢金榮介紹,TI目前已經推出了面向低端產品的電池認證芯片BQ2022和面向高端產品的電池認證芯片BQ26100等。其中BQ26100采用的了SHA-1程序,被破解的幾率小到1/2¹⁶⁰,可以有效地識別假冒偽劣電池,在保護廠商的合法權益的同時還保證了消費者的安全。錢金榮指出,由于考慮到成本因素,電池認證技術目前主要用在筆記本電腦中,手機等產品暫未使用。

針對電池前端保護,TI推出了BQ243XX系列,該系列對電池的高壓、過壓以及過流情況起到了有效的保護。同時,針對不同用戶的不同需要,BQ243XX又分為兩種保護方式:其中當輸入電壓達到~時,BQ2431X系列會主動關斷電流,而BQ2430X系列則會對電壓進行相應的調節。

德州儀器便攜式電源管理應用經理錢金榮博士

不浪費每一庫侖,精確測量是關鍵

隨著電子設備集成越來越多的功能,人們對電池的使用時間也越發關注。優秀的電源管理技術對延長電池使用時間非常有幫助。我們將以電池電量監測技術為例來說明這一問題。對于可充電電池來說,除去電池充電電壓精度的誤差和設備關閉(shutdown)時預留的電壓,電池實際可用電量決定了電池的使用時間。只有更精確的監測電池實際可用電量,才能將電池使用的時間最大化。錢金榮介紹,目前主要有3種電池電壓監測方法:一是電壓檢測。這種方法目前被普遍使用；二是電荷積分檢測。目前TI和美信都推出了這種電池監測方法,該技術被很多智能手機所使用；三是阻抗跟蹤檢測方法(Impedance Track)。這種技術屬于TI獨創,具有一定的先進性。

如圖1所示,電子設備剩余電量由電池電壓監測值V來決定,這個V值取決于電池的開路電壓V_OCV、電流實際值I以及電池內阻R_BAT:V= V_OCV-I* R_BAT。電池內阻值是隨著電池的使用情況不斷變化的。根據公式可以得知,開路電壓一定時,只有精確知道電池內阻,才能監測到確切的V值,從而正確得知電量的剩余情況。

圖1

錢金榮表示,TI早在2004年便推出了具備阻抗跟蹤的電池監測產品,如BQ20Z70、BQ20Z80、BQ20Z90以及BQ20Z95,這些產品主要用于筆記本電腦。TI于近期推出了用于手機等設備的電池監測產品BQ27500和BQ27350。BQ27500可用于母板上,BQ27350則主要用于電池包中。錢金榮稱當電池老化時,這些產品的精確度可以達到99%,因此能夠很好的提高電池使用效率。正是因為可以精確測量電池的剩余電量,有廠商甚至利用此功能開始生產以百分比形式顯示剩余電量以及同時顯示剩余使用時間的智能手機。如圖2所示。

圖2

同樣基于成本的考慮,目前這種阻抗跟蹤技術只可在筆記本電腦和智能手機中尋得“芳蹤”,進一步普及還需時日。

除了以上提到的安全性能、精確測量外,將電源管理芯片做得更小更輕也是廠商們目前努力的方向。正是由于優秀的電源管理技術為電子設備提供了強大的動力保障,我們的終端設備功能才得以更加豐富多彩!