尽管大家都享受到了无线通信的乐趣，但是充电使得这种乐趣打了折扣，并且给人无法摆脱联机的感觉并也被认为是一件麻烦事，因此移动电话设计者通过使得充电便捷或尽可能以高效率来应对。IC厂商有责任提供优质而有竞争力的充电器IC，并在最节省成本的前提下，将所有系统需求因素考虑在内。

充电器如何运作？

由于在更高能量密度（典型值为150 Wh/kg）方面的好处远远超过其与镍金属氢化物电池相比的价格劣势，因此锂离子电池是目前最广泛使用的移动电话电池解决方案。根据电池电压的不同，锂离子充电调节器依电池电压可分为两种充电方式。首先是定电流（CC）充电。通常，锂离子电池从3.6V开始充电直到达到其截止电压，根据化学原理及制造商的不同，该截止电压的典型值?4.15V。当电压在3V以下时，电池就被认?是深度放电，此时必须使用一个50mA（典型值）的定电流电源对其进行预充电，直到电池电压达到3V。当电压低于3V时，基于安全的考虑禁止使用超过50mA的电流对低于3V的锂离子电池充电。在完成预充电周期后，充电器切换到高速充电档，并使用额定电流对锂离子电池进行充电，该额定电流可以高达1A。在平均约20分钟的快速充电之后，电池达到其4.15V（典型值）的「截止电压」，此后充电调节器转为第二种充电方式：定电压（CV）充电。在CV充电期间，充电电流通常从1A降到50mA的预定水平，同时在电池上维持4.15V的定电压，如(图一)所示。一些充电器提供在4小时定电压充电之后的暂停，以避免对有缺陷的电池进行无休止的充电。当在CV模式下无休止地充电时，锂离子电池也会更快地老化。

《图一 锂离子电池充电方式》

充电器功能包含一个感应电阻器（为控制环路一部分，用来测量充电电流）和一个导引充电电流的传递装置。美国国家半导体提供的诸如LP3945等充电器包括感应电阻器和内部传递装置，因而消除原本空间已经十分局促的系统中的外部组件。

《图二 LP3945电路架构图》

《图三 充电IC保护电路示意图》

内置保护特性

许多充电器包含防止在不安全情况下充电的安全特性。带有内部感应电阻器和传递装置的线性充电器使IC发热，因此根据充电周期的状态，充电器封装要消耗1.5到2W的能量。因此充电器都配备了热停机保护，在超过充电器IC接面温度（Junction Temperature）限制时禁止充电。

外部电源主要是汽车电池适配器或者墙面交流电适配器。在外部电源低于特定门坎电压的情况下，即通常所说的低电压锁定，充电也会停止。如果充电器的输入电压超过对于锂离子电池来说不安全的程度，充电周期也会终止。称?过电压锁定，其典型值约?4.6V。

为了防止电池通过充电器自身放电，反向电流保护对于充电器来说是必需的。如果外部电源连接到了电话上而又由于未接通电源或损坏而不起作用，就会发生这种情况。好的锂离子充电器具有内部反向电流保护功能，消除了对外部肖特基二极管的需求，且对电源有额外空间要求。

充电器电压和电流环路具有缓慢的响应时间，可能变得不稳定，例如，如果电池在充电周期中被无意或故意拔掉，充电器就可能开始振荡。通过检测充电过程中的电池电源连接切断，现今的充电器IC本身具有防止这种充电器环路不稳定行?的功能。这是通过加速充电器控制系统的频率响应实现的。移动电话因而可以在充电器IC仍然与外部电源连接而电池连接切断的情况下进行工作。

虽然过去移动电话通常通过汽车适配器或墙面交流电适配器进行充电，但现在致力于使充电简便的USB充电开始进入市场。配备了USB接口的移动电话采用了4端子USB总线（VBUS）的电源线做为充电电源。将USB总线连接到移动电话?动了主机和外设之间的USB协议，加以「协商」一个可以直接用做锂离子充电器充电电流的500mA电源电流。

充电器IC热管理

良好的锂离子充电器IC定义从封装需求开始。空间是移动电话设计中最珍贵的资源，而独立的锂离子充电器IC要求最小的体积。不过，这样的小型封装还必须能够消耗最大充电电流（1.0A）和充电器最大电压降Vchargerin（6V）－Vbatt（3V）＝6V - 3V乘积的能量，无引线和裸露的小片连接衬垫封装在导热和总尺寸方面提供了最佳解决方案。

由于没有足够消耗IC所产生热量的热质量，倒装式封装不实用。基于对更高效率且更低能耗的磁降压或开关电容调节器的充电器，在供应1A的充电电流时所需要的外部组件太大。这些巨大的电感器和电容器等外部组件阻碍了对制作最小且最高性能的充电器IC的追求。

除了良好的热性能封装之外，一些充电器通过电源调节来降低功耗产生的热量。好的充电器IC具有电源调节功能，充电电流可以利用在电源装置上?生的电压降为函数来调整。如此一来效率更高，因?对于电源装置上的给定电压降，可以达到最大充电电流，而又从不超过封装的功耗规范。

结论

好的充电器IC设计是系统需求平衡的结果。最佳的设计缩小了封装尺寸，同时在通过不超出封装功耗要求的情况下最大化充电电流，以提供最短充电时间。另外，安全特性和测试设计扩大了紧密约束的设计尺寸。

（作者为NS携带型电源系统部LSI设计中心经理）