電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠）在電源管理IC類別中電池充電IC是一類調(diào)節(jié)電池充電電流與電壓的器件，廣泛應(yīng)用在各類便攜式設(shè)備中。在鋰電池大放異彩的今天，電池充電IC的應(yīng)用也愈發(fā)深入。

多樣電池充電IC拓撲結(jié)構(gòu)

各類不同的終端設(shè)備對充電IC的電壓和電流的要求是不同的，在我們常用的便攜式設(shè)備里筆記本電腦就比無線耳機需要更高的充電功率水平。不同的功率水平需要對應(yīng)了多種電池充電拓撲結(jié)構(gòu)，每一種拓撲都提供了權(quán)衡和優(yōu)化。

線性充電IC通過調(diào)節(jié)外部電阻來調(diào)整充電電流和充電電壓，還有一種是Flash直充，直接調(diào)制輸入電壓源。這兩種不同模式有相同的結(jié)構(gòu)，充電器由一個用作短路電阻的裝置組成，電池充電系統(tǒng)必須與輸入源連通來實現(xiàn)一個完整的充電循環(huán)。這些拓撲結(jié)構(gòu)下的IC都需要一個必須高于電池電壓的輸入電壓才能正常工作。

開關(guān)模式充電IC可以調(diào)節(jié)占空比，并使用低通電感－電容（LC）濾波器來調(diào)節(jié)充電電流或充電電壓。這種拓撲結(jié)構(gòu)下，輸入電源的變化影響甚微。通過重新排列開關(guān)元件和LC濾波器，這種拓撲類型的充電器可以補充具有相對于輸入電壓更高或更低電壓的電池。

和所有電源設(shè)計的相關(guān)問題一樣，如果要在相對較低的電流下完成充電，并且需要兼顧充電方案的簡單和低成本，線性肯定是最直接的選擇。需要通過更大的電流為更大容量的電池充電，開關(guān)模式充電IC則能最大限度地提高效率并盡可能地減少系統(tǒng)熱量。

單芯開關(guān)模式充電IC

在單芯電池充電IC里，降壓開關(guān)模式充電IC用得很多，典型的降壓開關(guān)模式充電IC的架構(gòu)中系統(tǒng)由降壓轉(zhuǎn)換器輸出（存在輸入時）或電池供電。降壓開關(guān)模式充電IC解決了效率上的限制，通過拓展外部組件面積，更大的電路面積在更高的電荷電流下具有更高的效率（＞90%），多用于各種手持設(shè)備和便攜式電源組。

三級降壓開關(guān)模式充電IC通過更高的開關(guān)頻率，有著更高的效率（＞95%）和功率密度。當(dāng)然現(xiàn)在很多開關(guān)模式充電IC可以根據(jù)輸入源和電池狀況將轉(zhuǎn)換器設(shè)置為降壓、升壓或降壓－升壓配置，足夠?qū)挼墓ぷ麟妷悍秶黾恿藛涡倦姵爻潆娭虚_關(guān)模式充電IC在各類應(yīng)用場景中的靈活性。

升降壓開關(guān)模式充電IC，MPS

單芯充電，線性到直充

典型的線性充電IC由兩個用以隔離輸入和輸出端子的雙向阻塞開關(guān)組成，兩個開關(guān)之間的引腳被稱為PMID。在有輸入存在的正常運行期間，第一開關(guān)打開并使輸入短路到PMID，而第二開關(guān)調(diào)節(jié)其電阻來調(diào)整電池輸出處的電流和電壓。

線性充電IC架構(gòu)，TI

線性充電IC是簡單且直接的充電設(shè)計，可以做到很小的尺寸與極低的靜態(tài)電流。這種類型的充電器可以在低充電電流下實現(xiàn)很高的調(diào)節(jié)精度（如0.5%調(diào)節(jié)電壓精度），并且因為沒有高頻開關(guān)回路，相比于開關(guān)模式大大減少了EMI問題。不過由于其效率只取決于輸入電壓與電池電壓的比值η=VBAT/VIN，相對來說效率會偏低一些。

在1A以下的充電應(yīng)用，線性充電IC應(yīng)用得非常多，而且現(xiàn)在線性充電IC封裝越來越小，靜態(tài)電流越來越低，可以明顯延長電池壽命，是小型可穿戴設(shè)備非常受歡迎的一類充電設(shè)計。加之溫度監(jiān)控、熱調(diào)節(jié)等功能的引入，整個系統(tǒng)的運行極為可靠。

Flash直充在和線性充電IC相同的架構(gòu)下，通過讓VIN接近VBAT，大大提高了充電效率。直充充電IC把調(diào)節(jié)器卸載到了外部適配器，將輸入直接連接到充電器，實現(xiàn)95%以上的效率。在這種方案里，所有調(diào)節(jié)都由主處理器執(zhí)行，盡可能減少移動設(shè)備內(nèi)部的損耗，具有非常高的充電電流（＞4A）。這意味著直充充電IC需要一個可以實現(xiàn)高精度調(diào)節(jié)的適配器，配合專用主機進行調(diào)節(jié)。

雖然Flash直充架構(gòu)效率已經(jīng)很高，但另一種直充架構(gòu)，SC直充，這種直充架構(gòu)效率更高，可以達到8A充電電流。如下圖，希荻微的直充充電IC HL7132，在4.5A電流下效率可達到超過97%的高效率；南芯的SC8551，充電電流最大支持8A，效率可達到98%；伏達的NU2205在2:1充電模式下效率為98.0%，在1:1充電模式下效率最高達到了99.2%。這也是大功率快充背后的殺手锏。

SC直充HL7132，希荻微

SC85518A高效率充電IC，南芯

NU2205，伏達

這種架構(gòu)下的直充相較于Flash直充，不需要隨著充電電流的提升而更換線纜。從市場對單芯大功率充電的需求來看，SC直充架構(gòu)的充電IC還有很大的發(fā)展空間。除了TI、ADI、NPX等國際大廠，可以看到國內(nèi)的南芯、伏達、希荻微在這一塊產(chǎn)品的性能也十分優(yōu)異，尤其是充電效率這一指標(biāo)。

小結(jié)

在各種單芯充電場景里，線性充電IC的微小尺寸和低靜態(tài)電流在小型可穿戴設(shè)備里備受歡迎，開關(guān)模式充電IC良好的熱性能以及各種功率下的多功能設(shè)計靈活性也獨樹一幟，更不用說直充超高的充電效率。不同充電架構(gòu)的發(fā)展適配了各種不同需求下的充電應(yīng)用。