如今不管是笔记本电脑、手机还是 MP3/MP4 播放器 , 与过去便携式电子产品主要采用一次性干或碱性作为电源 | 稳压器不同 . 都基本使用、镍镉或者镍氢等可电池 , 不只降低使用利息有利于环境维护 , 更重要的容量可以做得更大 , 以获得更长的续航时间 . 可充电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 .

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    单芯片充电管理方案或将成为主流

电池充电通常可采用两种方式 ,    便携式产品中 . 一种是利用系统自身主控 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 {zd0}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 ," 系统制造商可以在本钱、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 利息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 ."

富士通的充电管理产品主要定位在 2Cell 以上的市场 ,    据王韵介绍 . 而 2~4Cell 应用当中{zd0}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时开发和改善 , 全新研发的锂充电管理 IC MB39A 132 和 MB39A 134 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 ." 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 , 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." 说道 .

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 , 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 . 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 , 如果采用专用芯片 , 就会造成重复开发和资源浪费 .

可以方便地进行改进和升级 , " 用 MCU+PWM 实现的 Buck 电路利息低且控制方法灵活 . 能够适用于各种锂离子电池 ." 吴昕表示 .

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 Fabless 设计公司 ,    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 .BCD 半导体拥有 6 英寸晶圆厂

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 ,    包括 Bipolar CMOS BiCMOS 和 BCDMOS 等生产工艺 ) . 以提供具高xxx的应用系统解决方案 .

该公司于 2006 年开发的{dy}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 ,    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 .A P370x 采用原边控制和输出电缆补偿专利技术 , 内置温度弥补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 , 现已胜利应用于手机、无线公话、无绳电话以及无线路由器等产品的 / 适配器中 ." 为了进一步提高电源转换效率、降低待机能耗 , 又进一步在业界{lx1}推出了满足五星级规范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

可用于电池充电的电源也日趋多样化 ,    随着人们生活环境的日益多样化 . 除了保守的 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 .

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 ,    显然 . 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 ." 以富士通 MB39A 132/134 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 .

而充电电池的电压和节数也不尽相同 ,    由于 AC 适配器 /USB/ 车载电源所提供的电压电流都不相同 . 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 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 , 防止 " 入不敷出 " 情况发生 ." 从充电 IC 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平安使用寿命 ;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 .

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 ,    认为 . 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单薄 . 同时充电器本身是薄利商品 , 厂商的利息控制压力比较大 , 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 , 包括手机厂商自身 , 都提出了多个涉及充电器的节能环保规范 , 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 . 这些规范的推出很大程度上推动了充电器产品的技术革新 .

未能xx掌握充电设计的要求 ." 王韵说道 ,    " 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 ." 同时各家充电管理 IC 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 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 ."

工程师对充电管理 IC 设计都非常重视 ,    笔记本设计当中 . 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 , 从而协助减少研发风险 .

" 但我欣喜地发现 ,    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 . 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 , xxx、更高精度、多重维护功能、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 ."

    采用高集成可编程逻辑器件进行电源管理

必需处置太多的指令 ,    节能设计最严峻的挑战是使用微处理器来管理电源 . 微处理器未针对电源管理进行优化 . 而且反应时间缓慢 , 可能导致热击穿 , 以及突发性甚至是灾难性的电路板和系统故障 . 虽然在电源管理中使用微处理器一直是激进做法 , 但使用逻辑器件进行电源管理速度更快 , 而且更可靠 .

其中 POWR 1220A T8 为电源监控、修整和电压测量提供了优异的解决方案 ,    莱迪思半导体于 2009 年 4 月推出 Power Manag II 系列新产品 . 这种可编程器件可代替复位发生器、监控 IC 看门狗定时器、排序 / 跟踪和热插拔集成电路等多个 IC, 为用户提供了必要的五金 | 工具和功能 , 以满足大型基站、xx服务器和小型单板计算机等系统的绿色规范节能要求 . 根据具体的设计 , 节能效果有所不同 , 但节能 30% 并不少见 .

并在负载较低时降低 IC 所消耗的功率 . 高集成度可编程 Power Manag II 器件把电压监控 IC 整合到一个器件里面 ,    降低功耗和节能的一个重要途径是关闭电路板未使用部分 . 有助于降低系统本钱 , 并提高可靠性 . 例如 ,Power Manag II 1220A T8 监测多达 12 个电路板电源 , 提供多达 20 个开漏 ( open-drain 数字输出和 8 个 DC-DC trim/margin 输出 . 使用片上的 48 个宏单元 CPLD 和四个可编程定时器 , 该器件能生成 CPU 复位信号 , 包括脉冲拖尾和电源故障中断 .20 输出中有四个可配置为高电压 MOSFET 驱动器 . 还有六个通用数字输入 , 可用于其它控制功能 .

从设计时间和所需器件的数量上都能得到体现 . 对于低功耗和节能器件的需求在过去几年里大大增加 ,    该设计的一个优点是可以在任何使用电源敏感的平台中充当标准的电源管理解决方案 . 整个平台和产品线建立这样的规范解决方案所获得的效率显而易见 . 而且这种趋势将继续下去 , 因此预计集成式可编程电源管理器件将得到更广泛的使用 .

不只能支持电源管理 ,    莱迪思下一代电源管理器件计划将提高集成度并包含更多功能 . 而且可以实现对电路板本身的管理 . 其功能将扩大到包括温度监控、风扇控制、 NV 错误日志、用户逻辑和系统接口 . 除了电源管理产品 , 该公司还提供一系列低功耗可编程逻辑器件 , 包括 ispMA CH 4000KZE 超低功耗 CPLD 和 LatticeECP3 FPGA 系列 , 后者的利息与功耗大约只是其他具备 SERDES 功能的 FPGA 一半 .