关于充电IC的功耗问题的解决方案分析

如果要在心中形成对充电IC的最简单理解，把它想象成带有可调限流功能的稳压器是最准确的。身为稳压器，其输出电压是由自身确定的，但是它的输出端电压能否稳定在自身确定的点上则取决于其电流输出与负载消耗之间的平衡状况。当电流输出能力低于负载消耗能力时，实际的输出电压由负载确定，对于充电IC来说，这时候的输出电压就是电池电压。只有电池电压逐渐上升到稳压器所设定的输出电压时，电池吸入电流的能力才会逐渐下降，一旦跨过吸入能力与输出能力平衡的点以后，电池吸入的电流就越来越少，输出电压就稳定在预先设定的点上了，这时候就是所谓的恒压充电状态。

为了符合锂离子电池的特性，充电IC在电池电压低于预充阈值（大约为3V）以下时均以很小的电流对电池进行充电，超过此阈值以后即开始以大电流充电，以便能尽快将电池充满。

进入充电接口的电源电压一般都是5V（标称值），假设充电电流为1A，我们马上可以算出线性充电IC上将会出现的最大功耗是(5V-3V)x1A=2W。即使电池电压已经上升到了4.2V，这时候充电IC要消耗的功率也高达(5V-4.2V)x1A=0.8W。由于这些原因，再加上散热能力的限制，我们在给手机充电的时候会觉得手机发烫也就是正常的了。

要解决线性充电IC存在的发热问题，引入以开关方式工作的充电IC就是必然的，而另一种更新的方法则是直充，它把电压转换的环节都省去了。由于绝大多数使用环境都是输入电压高于电池电压，所以Buck架构的开关模式充电IC成为市场的主流，其电路架构如下图所示：

从本质上看，它就是一个具有可调限流功能的Buck稳压器。但与普通的Buck转换器和线性充电IC相比，Buck模式充电IC要复杂得多。

Buck电路具有电流放大的功效，其输出电流高于输入电流。这带来的好处是效率更高，发热量更低，充电速度更快，但由于输入、输出电流不相等，就不能像线性充电IC那样仅测量输出一个地方的电流就知道输入电流和输出电流了，Buck充电IC必须同时测量输出电流和输入电流。只有这样做了以后，充电IC才可能在输入电流超过某个限制时将输入电流降下来，使之不致于超过限制。

有的外接电源不具有足够的供电能力，负载重了以后，其输出电压就会下降，如果充电IC不考虑到这一点而只是顾着满足输出电流的需要，外接电源就会被拖垮，所以充电IC还需要对输入电压进行监测，在输入电压低于某个阈值时将其对输入电流的需求降低，确保系统还能正常工作。

将输入电流限制在某个最大值上的能力被称为动态输入电流调节或平均输入电流调节，将输入电压最低值控制在某个阈值上的能力称为最低输入电压调节，这两种能力都是用来保护输入电源的，虽然充电IC自己不需要，但却能确保系统不出问题，因而也是全新的充电IC设计中必须考虑的内容，工程师在选型时应该作为一项重点来考察。

由于Buck可以很高的效率进行降压，输入电压就可以更高，这样做的好处是在相同的输入功率下输入电流可以更小，可以降低对连接器件过流能力的要求，使得同等情况下可传输的功率更大，满足快速充电系统的需要。要将输入电压提高就必须提高器件的耐压能力，这就需要使用全新的高压工艺。

兼具这些能力的立锜第一款工作电压较高的产品是RT9451，它的最高工作电压为12V（可耐受28V冲击），充电电流可以高达4A，意味着它可以很高的速度为电池进行充电。由于可调节的参数越来越多，这样的充电IC都采用了智能化的设计，用户可经I2C接口对其所有参数进行调节、对工作过程进行控制，而从硬件的角度来看其应用设计还是很简单的，下图即是其典型的应用电路图：

参数可任意调节的特性给这样的器件带来了巨大的好处，要改变其使用场合是一件很容易的事情。RT9451的充电电压调节范围为3.5V-4.44V，用它为普通的锂离子电池充电是可以的，为磷酸铁锂离子电池充电也是可行的，因而可以有很广泛的使用空间。

关注电路架构的读者可以重新关注一下Buck充电IC的电路结构，你将发现它是可以被当作Boost转换器来使用的，只是它的能量传输方向发生了变化而已：

现在，原来的电池变成了电源供应者，原来的输入端变成了输出端，只要接上负载就可以为之供电了，而这也正是USB OTG应用所要求的样子。在这样使用的时候，电路中的元件并没有变化，只是充电IC的工作模式发生了变化而已。RT9451在被这样使用的时候，输出电压可以在4.425V-5.506V之间进行调节，电池电压在2.5V-4.5V之间变化时都可以使用，开关管的最小电流限制阈值是4A，确保1.6A以上的负载能力是没有问题的，因而可以满足很多应用的需要。

与线性充电方式相比，开关方式工作的锂离子电池充电IC能带来什么具体的好处呢？下面就来看一幅比较图吧：

同样采用线性充电IC和开关模式充电IC在USB 500mA输入电流限制模式下为一款950mAh的锂离子电池充电，开关模式充电IC的充电电流最大可以超过600mA，从电池电压3.5V充到恒压模式开始的时间要短很多，因而可以更快地将电池充满，充电过程中的发热量当然也会少许多。