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电池管理IC朝高精度、良好散热和小型封装发展

2015-07-09

目前,对于手持电子产品的电池,客户要求其能提供更长的工作时间、更高的充电精度、更加精确的剩余电量测量,并能够通过网络共享电池状态。客户想节省和利用每一微瓦的电能,但是电池技术在能量密度和基本运行时间方面已经达到了很高的水平。因此,电源管理的芯片制造商面临着空前的压力。



在这种压力下,各电池管理IC供应商加大了研发投入。例如,美国国家半导体(NSC)最近在其低压降(LDO)线性电压调节器LP3985的基础上陆续推出了LP398x系列。



现在的电池管理IC已经集成了LDO调节器、参考电压、误差放大器、逻辑门和专用电路,可极大的延长电池的运行时间和使用寿命,有些产品甚至能将电池的运行时间延长10%左右。同时,新的电池管理IC也使电池管理系统的元器件数量减少了50%,充电精确度达到了1%甚至更高。



满足高精度要求



精度对电池的充电、气体测量、通用监控和IC保护都十分重要。由于市场对锂离子电池的需求很大,众多供应商都把精力放在了该材料领域,面向多电池系统,努力提高大范围温度变化情况下的充电精度。



“问题是怎样才能得到更高的精度,这必然要更具创新性地利用和依赖数据。”德州仪器(TI)公司电池管理业务经理Dave Heacock表示,“精度包括两方面的含义:一是器件如何精确地测量;其二是如何精确地模仿电池以获取有意义的信息。”



提高精度的方法之一是采用高性能的片上存储器,它是存储电量使用情况的关键器件,然而这将使电池管理IC变得复杂。获得高测量精度的第二个途径是更加完整地集成系统功能,采用阻值尽可能低的感应电阻,甚至将其嵌入到芯片中。具有强大电池充电器和监控器电源管理产品系列的Maxim半导体同时采用了这两种途径。Maxim公司达拉斯半导体部的DS2750是一种包含锂离子保护电路和内嵌25毫欧电流感应电阻的气体测量IC。



模拟器件(ADI)公司也推出了充电精度高达±0.6%的锂离子充电IC――ADP3806。它结合了高压精度和恒流控制器,可简化恒流、恒压充电器的设计。另外,该公司的ADP3801/ADP3802,与充电端的外部微控制器一起使用时,可作为镍镉/镍氢电池的快速充电器,或镍镉、镍氢和锂离子电池的通用充电器。ADI还推出了多功能电源系统芯片ADP3408,它可协调GSM/DCS/PCS手持机的电池充电功能。



TI的电池管理产品包括一个基于SBS的电池管理芯片组。该芯片组由bq29311保护IC和bq2081气体测量芯片组成,包含在3?4节锂离子或锂聚合物电池组内。bq29311可保护锂电池,并通过一个双线串行总线与bq2081进行通信。bq2081是基于TI Cool-GG平台的容量监控IC系列,集成了一个8位RISC CPU内核、两个A/D转换器、Flash EEPROM和两个通信端口。A/D转换器的高分辨率可使用低阻值(10毫欧)感应电阻,以用于精确的充放电集成。



TI还推出了与SBS兼容的气体测量芯片bq2063,可与精工仪器的S-8243电池保护IC相连接。精工电子元器件部最近也推出了针对单节锂离子电池的S-8261系列保护IC。使用TI的bq2063和bq2081可将保护电路内的外部元件数减少40%。



Micrel以其基本电池监控/电压监控芯片著称,如MIC2755和MIC2778。该公司也推出了单节充电器件MIC79050,具有±0.75%的精度。而快捷半导体也推出了FAN7563/756?锂离子充电控制器芯片。



安森美半导体的目标是把工作电压和电流的监控精度控制在1%范围之内。安森美的NCP802芯片适用于单节锂电池组,它集成了各种内部延迟电路以减少外部元件,并可判别电池电压(误差不超过±25毫伏)、充放电流及控制两个N沟道MOSFET开关的状态(开关与电池的负极端串联)。缺省状态下,NCP802关闭其中一个MOSFET,断开电池。该公司最近还推出了专用锂离子充电器IC 的NCP1800,这是一种精度为±1%的控制器,具有恒流和恒压控制功能。



良好的散热管理



除精度外,制造商和客户还关心另一个相关的问题,即电池管理芯片的热特性。Linear Technology公司的LTC1733是一种带热调节功能的1安培线性锂离子充电器。恒流和恒压器件带有片上功率MOSFET,因此无须外部电流感应电阻。其热调节电路可在高功率工作期间限制充电电流及裸片温度。



Linear Technology还开发出了一种用于多电池系统的新器件LTC1960,带有SPI接口(用于双智能电池)和电源危机管理的全集成双电池充电器和选择器。该器件中有一个专有结构PowerPath,可支持两个电池的同时充电,并能实现双电池间的自动切换。据该公司称,利用这种芯片可将典型电池运行时间延长10%,充电时间减少50%,而且LTC1960所需外部分离器件数只是现有方案的一半。



小型化封装



电池管理器件制造商也面临着缩小封装尺寸的压力。TI的bq2420x据称是业界最小的电池管理IC,它可作为充电电路的核心用于空间有限的小型设备。这种三阶控制器适用于单节锂电池,它靠内部小电流源进行调节,从外部电流源进行限流充电,而最后一阶的恒压精度达±0.5%。TI称这种结构可将传统线性充电器的热量减少70%。该结构包括一个电流传感器和一个内部MOSFET通道电阻,适用于电流高达500毫安的充电应用。该器件采用8脚MSOP封装,仅需2个外部电容。



Vishay Siliconix的Si9731DQ充电器也很小,可植入手机、PDA及其它手持设备的微控制器系统。它在TSSOP-16封装内集成了精密度参考、误差放大器和2个外部功率MOSFET,可为所有常见类型的电池提供点滴式或快速充电。其恒压模式可为4.1或4.2伏锂离子电池充电,精度为50毫安。



Zetex公司的低成本高端电流感应监视器ZXCT1009的体积也很小,该片IC采用三脚的SOT23封装,能实现与SM8封装脚对脚兼容。ZXCT1009可广泛应用于电池充电器和直流电机等。其电压输入范围为2.5?20伏,输出电压可调,瞬态电流仅为0.5微安,精度达1%。

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