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便携产品电池充电管理:适用灵活性是关键

2012年07月10日 10:00 次阅读

  与过去便携式电子产品主要采用一次性干电池或碱性电池作为电源不同,如今不论是笔记本电脑、手机还是MP3/MP4播放器,都基本使用锂离子、镍镉或者镍氢等可充电电池,不仅降低使用成本有利于环境保护,更重要的是电池容量可以做得更大,以获得更长的续航时间。可充电电池由于本身的特性也给系统开发商提出了新的要求,为了使可充电电池具有更长的使用寿命,正确的充电电路设计与器件选择至关重要,无论是外接的充电器还是系统内部充电电源管理方案都需要根据具体使用情况详加考虑。

  单芯片充电管理方案或将成为主流

  在便携式产品中,电池充电通常可采用两种方式,一种是利用系统本身主控MCU加一个脉宽调制解调单元(PWM)来实现,另一种是使用高集成度单芯片充电管理IC。“单芯片充电管理IC最大的优势在于拥有更高的可靠性,而MCU+PWM方案则更为便宜简单。”富士通微电子市场部经理王韵在接受本刊记者采访时解释道,“系统制造商可以在成本、可靠性等方面比较两种方案的优劣,选用最合适的方案即可。从长远来说,随着单芯片充电管理IC的成本下降以及和外部通讯功能的增加,更多的应用当中选用更具可靠性的单芯片将会成为趋势。”

  据王韵介绍,富士通的充电管理产品主要定位在2Cell以上的市场,而2~4Cell应用当中最大的市场要属笔记本电脑。从15年前开始,富士通电源管理的研发团队就和富士通的笔记本电脑研发部门合作,开始开发针对笔记本电脑的充电管理IC。通过好几代产品的不断开发和改善,全新研发的锂电池充电管理IC MB39A132和MB39A134已在台湾地区和中国大陆等地许多大厂得到应用,同时也受到最近备受瞩目的上网本市场的关注。“在笔记本电脑应用当中,由于数年前接二连三发生充电电池爆炸事件,使各笔记本设计厂商对充电部分的设计愈发重视,在对充电管理部分都会选用品质稳定和可靠性高的大品牌电源管理IC。”他说道。

  不过来自BCD半导体公司的AC/DC产品总监吴昕博士更看好MCU+PWM方案,他认为专用充电管理IC形成的控制方案电路虽然简单但功能比较单一,通常只能对特定参数的锂离子电池进行充电,而不同型号的便携式产品往往使用不同型号规格的锂离子电池,如果采用专用芯片,就会造成重复开发和资源浪费。

  “用MCU+PWM实现的Buck电路成本低且控制方法灵活,可以方便地进行改进和升级,能够适用于各种锂离子电池。”吴昕表示。

  BCD半导体是一家位于大中华区的模拟信号集成电路制造商(IDM),从事电源管理集成电路产品的设计研发与制造。不同于市场上其他的Fabless设计公司,BCD半导体拥有6英寸晶圆厂

  (包括Bipolar、CMOS、BiCMOS和BCDMOS等生产工艺),可以藉由产品设计和先进的工艺技术整合来优化产品的性能和成本,以提供具高性价比的应用系统解决方案。

  实际上BCD半导体关注的重点是高效率低成本AC/DC离线式电源适配器/充电器控制芯片,该公司于2006年开发的第一代原边控制器AP370x系列产品是市场上最早推出的同类产品之一。据介绍,AP370x采用原边控制和输出电缆补偿专利技术,内置温度补偿和变压器原边电感补偿,可以在省去光耦和次级反馈控制电路的情况下实现高精度的输出电压、电流控制,从而极大减少了电源电路的元器件个数,简化电路设计,现已成功应用于手机、无线公话、无绳电话以及无线路由器等产品的充电器/适配器中。“为了进一步提高电源转换效率、降低待机能耗,我们又进一步在业界领先推出了满足五星级标准的第二代原边控制器AP376x系列,其30mW以下的空载功耗可以轻松满足包括能源之星EPS v2.0和五星级手机充电器标准在内的全球所有的充电器/适配器能效及空载规范。”吴昕表示。

  输入电源日趋多样

  随着人们生活环境的日益多样化,可用于电池充电的电源也日趋多样化,除了传统的220V AC适配器以外,用户还希望随时能够通过USB接口或车载电源等对各种设备的电池进行充电,此外还有用户要求在设备充电的同时能够继续使用其功能,因此设备的充电管理电路需要更具灵活性,以适应更为广泛的应用环境。

  显然,新的要求也给系统制造商带来了更大的挑战。“挑战首先来自于充电管理IC需要更宽的工作电压范围,这样就需要使用更高电压的半导体工艺来进行芯片的设计。”王韵表示,“第二个挑战是要求IC能对不同的输入电源作出相应的调整,以及对电池充电和系统用电能做出一定的管理。”他以富士通MB39A132/134充电管理IC为例解释道,通过对输入电流进行动态的分配,保证了系统用电和电池充电可以同时稳定进行。

  由于AC适配器/USB/车载电源所提供的电压电流都不相同,而充电电池的电压和节数也不尽相同,当充电电压高于电源电压时要通过升压才能进行充电,这样的升降压充电管理IC在市场上还没有看到。此外在设备工作时同时充电,要求充电管理IC有很好的抗干扰设计,同时要注意在电池电压很低的情况下,充电电流要保证大于放电电流,避免“入不敷出”的情况发生。“从充电IC的设计来看,目前面临的挑战包括:1、如何进一步提高充电转换效率和降低待机的功耗;2、如何有效管理多通道的电源和负载;3、如何提高充电速率并同时保证电池的安全使用寿命;4、如何进一步扩展充电控制方法的灵活配置以期适应不同型号电池的充电要求。”吴昕补充道。

  他认为,便携式产品充电器如手机充电器是一个相对成熟、稳定的市场,目前国内相应生产企业大多以生产制造为主,技术开发的力量相对比较薄弱。同时充电器本身是薄利商品,厂商的成本控制压力比较大,对新技术的接受度也相对较低。近几年由于公众环保意识的增强,政府和各类环保组织、机构,包括手机厂商本身,都提出了多个涉及充电器的节能环保标准,例如中国工信部颁布的《移动通信手持机充电器及接口技术要求和测试方法》(YD/T1591-2006)、能源之星EPS2.0、手机充电器分级标准等等,都旨在减少资源浪费、提高电能效率、减低空载空耗。这些标准的推出很大程度上推动了充电器产品的技术革新。

  “中国制造商面临的主要困难是设计者对充电方面的技术实践不够,未能完全掌握充电设计的要求。”王韵说道,“同时各家充电管理IC的功能不尽相同,使用者对新产品缺乏了解,设计不容易上手。解决的方法主要依靠充电管理IC的厂商加大对市场的产品和技术的推广,给设计者提供多方位的技术支持,使设计者能快速掌握充电管理设计的技术。”

  在笔记本设计当中,工程师对充电管理IC的设计都非常重视,否则一旦发生问题将耗费工程师大量的时间和精力,所以在研发早期发现问题非常关键。王韵表示,富士通除了提供评估板用于客户系统评估之外,还开发了笔记本电源设计评估系统,通过这套系统,只要客户提供完整电路就可以对任何可能发生的问题进行完整的事前检查,从而帮助减少研发风险。

  去年下半年发生的全球金融海啸对于消费电子类产品打击巨大,“但我们欣喜地发现,消费类电子已先于整体经济开始复苏。特别是受益于国家家电下乡补贴政策,笔记本电脑和液晶电视等市场迅速回暖。”王韵说道。“明年我们会继续加大在电源管理IC研发上的投入,届时将推出全新一代的充电管理产品。这几年新能源技术不断发展,电池技术备受瞩目,锂电池/锂铁电池也将会被应用到更多的产品当中。从电源管理IC来看,更安全、更高精度、多重保护功能、外部通讯功能、电池平衡充放电功能及多组电池宽电压输入等都将成为电池充电管理技术的未来发展趋势。”

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本文简单介绍了新一代便携式移动电视接收标准DVB-H及移动电视的信源压缩编码标准,重点介绍了DVB-...

发表于 2012-07-10 09:50 698次阅读
便携式移动电视接收系统浅析

便携式应用中的音频接口规格概述

针对不同的数字音频子系统,催生出几种微处理器或DSP(数字信号处理器)与音频器件间用于数字转换的接口...

发表于 2012-07-06 16:31 444次阅读
便携式应用中的音频接口规格概述

便携式MP3播放器的设计

  介绍了便携式MP3播放器及其系统结构以及各个功能单元。在此基础上,对比了现有的基于ARM、DSP...

发表于 2012-07-05 14:31 559次阅读
便携式MP3播放器的设计

便携式设计中图像采集与处理的挑战与解决方案

这个共分四部分的系列文章深入研究了在手机和其他手持设备平台上的图像采集与处理的趋势以及设计上的挑战。...

发表于 2012-07-05 13:50 411次阅读
便携式设计中图像采集与处理的挑战与解决方案

多种多样的便携式充电器

iPhone等智能手机给我们带来了方便的使用的同时,也给我们带来了相对应的问题,那就是续航能力的限制...

发表于 2012-07-02 15:33 1020次阅读
多种多样的便携式充电器

飞思卡尔三款无线充电参考设计革新电池充电方式

  人们对高性能移动设备的需求继续增强,这一压力迫使业界不得不考虑用其他方法替代电池充电。飞思卡尔半...

发表于 2012-06-05 09:03 943次阅读
飞思卡尔三款无线充电参考设计革新电池充电方式

便携式电源的应用趋势:大功率和多输入源充电

便携式电源的应用范围很广,也很多样化。产品包括消耗 uW 级平均功率的无线传感器节点以及可用小车推着...

发表于 2012-05-29 14:01 515次阅读
便携式电源的应用趋势:大功率和多输入源充电

便携式B超机电池设计方案

  随着医疗科技水平的发展及人类物质生活水平不段提高,医疗设备功能便携化、产品应用家庭化已成为整个行...

发表于 2012-05-21 14:32 614次阅读
便携式B超机电池设计方案

“不可更换电池设计”到底是否真的靠谱?

记得还在学生时代的时候,小编就是一个搞机狂,各种数码产品各种捣鼓,各种拆。印象最深刻的是,那时有一部...

发表于 2012-04-26 10:10 2090次阅读
“不可更换电池设计”到底是否真的靠谱?

便携式应用的LED驱动的方案解决

引言 LED驱动已迅速成为功率转换技术日益重要的应用领域。除了要求更高效率、更低静态电流之外,LED...

发表于 2012-04-26 10:01 249次阅读
便携式应用的LED驱动的方案解决

电动车充电装置:三种非接触充电方式

电动车的充电装置相当于汽车燃料的加注站,可以通过反复充电提供车辆持续运行的能源。当国内开始大张旗鼓地...

发表于 2012-03-08 10:11 9270次阅读
电动车充电装置:三种非接触充电方式

Maxim推最小尺寸USB电池充电检测器

Maxim Integrated Products, Inc (NASDAQ:MXIM)于2月14日...

发表于 2012-02-16 09:33 321次阅读
Maxim推最小尺寸USB电池充电检测器

一种便携式颜色自适应识别电路的实现

为解决电致变色器件的颜色变化受外界环境颜色控制的问题,设计了一种基于单片机的便携式颜色自适应 识别电...

发表于 2011-09-16 13:37 650次阅读
一种便携式颜色自适应识别电路的实现

PXA270的电池充电及电量计量的设计

以PXA270芯片为处理器,利用2种高性能芯片LM3658和DS2786设计了电池充电与电量计量模块...

发表于 2011-09-15 18:13 534次阅读
PXA270的电池充电及电量计量的设计

便携式CD/VCD机的交流适配器原理图

市售便携式CD/VCD机的 交流适配器 电路如附图所示。该适配器标称输出为5V、500mA,体积为7...

发表于 2011-09-14 10:13 881次阅读
便携式CD/VCD机的交流适配器原理图

电动车电池的分段恒流充电方案

为了在实现快速 充电 的同时又不影响电池寿命,关键是要使快速充电过程具有自适应性,即根据电池的实际状...

发表于 2011-09-09 18:27 933次阅读
电动车电池的分段恒流充电方案

便携式ADSL线缆测试仪方案

介绍了一种以单片机和FPGA为核心的 ADSL 线缆测试仪。通过采用嵌入式计算机技术,硬件电路模块化...

发表于 2011-09-01 11:35 472次阅读
便携式ADSL线缆测试仪方案

基于发动机测试的便携式振动分析仪

本文所设计的振动分析仪以CompactRIO为采集设备,以Labview为软件开发平台,不但具有体积...

发表于 2011-08-26 10:09 551次阅读
基于发动机测试的便携式振动分析仪

小霸王便携式插卡音箱来袭

今天我们就来为大家展示两款三频表现出色的便携式插卡小音箱,以帮助大家获得最原汁原味的红歌听音感受。

发表于 2011-07-06 09:36 1514次阅读
小霸王便携式插卡音箱来袭

便携式音频功率放大器设计

便携式系统都需要一个音频功率放大器用来驱动小的扬声器,输出功率1W~2W,用来驱动扬声器(RL=8/...

发表于 2011-06-29 09:47 1152次阅读
便携式音频功率放大器设计

MAX14578AE/MAX14578E USB...

MAX14578E/MAX14578AE是USB充电器USB电池充电检测与1.1版兼容。该USB充电...

发表于 2011-04-14 17:58 692次阅读
MAX14578AE/MAX14578E USB...

USB供电的单节NiMH电池开关模式充电器电路

一节AA型NiMH电池供电,利用USB充电。DS2710充电器开关频率大约为150kHz,电池充电电...

发表于 2011-02-01 12:59 1797次阅读
USB供电的单节NiMH电池开关模式充电器电路

USB电池充电基础:应急指南

USB电源最有用的一个功能是能够为便携装置的电池充电。但是,无论是USB电源还是其它电源,电池充电都...

发表于 2011-02-01 12:53 2600次阅读
USB电池充电基础:应急指南

USB电池充电基础

USB规范已经经历了几代电源管理技术。最初的USB 1和USB 2.0规范规定了两种类型的电源(分别...

发表于 2011-01-29 10:04 18756次阅读
USB电池充电基础