高度灵活的便携式电池充电器方案

便携式电源应用的领域，不但非常广泛而且多元化，其範围涵盖了从平均功耗以仅几微瓦(μW)计的无线感测器节点，以至于用于手推式医疗或资料採集系统等众多数百瓦/时的电池组。然而，这些应用儘管品项众多，但均呈现出相对一致的趋势-亦即，设计人员不断地要求其产品拥有较高的功率以支援更多功能，并希望能从任何可用的电源来为电池充电。第一个趋势，主要是要求提高电池容量。不幸的是，使用者通常缺乏耐心，而且增加的电池容量必须要在合理的时间内充电完成，这就导致充电电流的提高。第二个趋势，则是要求电池充电解决方案具有高度弹性。本文便将针对这些议题提供详细的说明。

更高功率

新型的手持装置，无论是消费性装置或是工业设备，都可能包括一个蜂巢式电话调变解调器、一个WiFi模组、一个蓝牙模组、一个大型的背光显示器等。许多手持式装置的电源架构，都可透过蜂巢式电话反映出来。通常，3.7V的锂电池因其很高的重量(Wh/kg)和体积(Wh/m3) 能量密度而被用作主电源。过去，不少高功率密度设备都採用7.4V锂离子电池以降低电流需求，但廉价的5V电源管理IC 的问世，使得越来越多的手持式设备转而採用较低电压架构。平板电脑便体现了这一点-标準的平板电脑拥有多功能以及非常大(用于可携式装置)的萤幕。当採用一个3.7V电池来供电时，电池的容量必须达到几千毫安培/小时(mAh)。为了能够在几个小时之内完成此类电池的充电，所需要的是几千毫安培(mA)的充电电流。然而，消费者同样希望能够在没有可用的大电流墙式电源转接器时，能从USB埠来为其高功率设备充电，这个期望并未因上述的高充电电流而降低。为了满足这些要求，在可以使用墙式电源转接器时，电池充电器必须要能够以高电流(》2A)进行充电，但仍然可以高效率地利用USB埠所提供的2.5W至4.5W功率。此外，产品还必需避免敏感的下游低电压组件遭受可能造成损坏的过压，将高电流从一个USB输入、一个PowerPath或电池无缝式地引导至负载，并最大限度地降低功率损耗。与此同时，IC 必须安全地管理电池充电算法，并监控关键的系统参数。

解决单颗电池供电型可携式产品的电源难题

儘管似乎无法找到单个IC 来满足上述要求，但不妨考虑LTC4155，这是一款高功率、I2C控制、高效率的PowerPath管理器、理想二极体控制器和锂电池充电器。该元件设计用于从多种5V电源高效地输送高达3A的电流，可为电池充电及系统用途提供3.5A以上的电流(见图1)。即使在这些高电流水準下，LTC4155的88%～94% 效率仍然可使热预算限制条件有所放宽(图2)。LTC4155的开关PowerPath架构可对从两个输入电源(例如：PowerPath和USB埠)至设备的可再充电锂电池的功率输送进行无缝管理，并在输入功率有限时优先为系统负载供电。

LTC4155的切换稳压器可提供变压器的作用，允许VOUT上的负载电流超过输入电源所吸收的电流，与常用的线性模式充电器相比，此可大幅提升电池充电可用功率的使用效率。如前例所示，LTC4155能够以高达3.5A的电流进行高效充电，从而缩短充电时间。与普通的切换电池充电器不同，LTC4155具有instant-on操作能力，以确保在插入电源时可立即获得系统功率，即使所採用的是一个失效的电池或深度放电的电池也不例外。 在对电池进行高速充电时，监视电池的安全性是很重要的。LTC4155将在电池温度下降至0℃以下或上升至40℃以上(由一个外部负温度係数[NTC]热敏电阻负责测量)时自动停止充电。除了这种自主特性之外，LTC4155还提供了一个7位元延伸刻度类比数位转换器(ADC)，用于以大约1℃的解析度(图3)来监视电池的温度。结合4种可用的浮动电压设定值和15种电池充电电流设定值，该ADC能够用于建立基于电池温度的客製充电演算法 。