兼顾安全与节能，专家畅谈电源管理艺术

    随着人们对电子设备的日趋依赖，其动力核心——电源管理芯片的市场也跟着水涨船高。从2007年的80亿美金到2011年的140亿美金，如此庞大的市场引来众多厂家分食。仅电池充放电管理这一项，便种类繁多、花样百出得让系统工程师们目不暇接。电源管理是一门经久不衰的科技艺术，德州仪器（TI）专家的观点或许能给大家的设计工作带来一些启示。

从电池“源头”入手，安全性能首当其冲

    从去年的索尼电池大范围召回到今年的诺基亚手机频频爆炸，电子设备电池的安全性能已经成为用户最为关注的热点。虽然以上事件有制造工艺方面的因素，但电源管理芯片制造商们还是在电池安全性能上费尽心思，希望把意外事故从源头遏止。

    德州仪器便携式电源管理应用经理钱金荣博士向电子工程专辑的记者介绍了两种主要的电池安全技术：一是电池认证技术，该技术可以帮助电子设备有效抵制假冒伪劣电池。二是电池保护技术，通过充电前端保护芯片的一次保护和电池包内部保护芯片的二次保护，可以将电池充电时因过压、过流等因素带来的危险性降到最低。

    钱金荣介绍，TI目前已经推出了面向低端产品的电池认证芯片BQ2022和面向高端产品的电池认证芯片BQ26100等。其中BQ26100采用的了SHA-1程序，被破解的几率小到2160，可以有效地识别假冒伪劣电池，在保护厂商的合法权益的同时还保证了消费者的安全。钱金荣指出，由于考虑到成本因素，电池认证技术目前主要用在笔记本电脑中，手机等产品暂未使用。

    针对电池前端保护，TI推出了BQ243XX系列，该系列对电池的高压、过压以及过流情况起到了有效的保护。同时，针对不同用户的不同需要，BQ243XX又分为两种保护方式：其中当输入电压达到5.8V~6.8V时，BQ2431X系列会主动关断电流，而BQ2430X系列则会对电压进行相应的调节。

德州仪器便携式电源管理应用经理钱金荣博士

不浪费每一库仑，精确测量是关键

    随着电子设备集成越来越多的功能，人们对电池的使用时间也越发关注。优秀的电源管理技术对延长电池使用时间非常有帮助。我们将以电池电量监测技术为例来说明这一问题。对于可充电电池来说，除去电池充电电压精度的误差和设备关闭（shutdown）时预留的电压，电池实际可用电量决定了电池的使用时间。只有更精确的监测电池实际可用电量，才能将电池使用的时间最大化。钱金荣介绍，目前主要有3种电池电压监测方法：一是电压检测。这种方法目前被普遍使用；二是电荷积分检测。目前TI和美信都推出了这种电池监测方法，该技术被很多智能手机所使用；三是阻抗跟踪检测方法（Impedance Track）。这种技术属于TI独创，具有一定的先进性。

    如图1所示，电子设备剩余电量由电池电压监测值V来决定，这个V值取决于电池的开路电压VOCV、电流实际值I以及电池内阻RBAT：V= VOCV-I* RBAT。电池内阻值是随着电池的使用情况不断变化的。根据公式可以得知，开路电压一定时，只有精确知道电池内阻，才能监测到确切的V值，从而正确得知电量的剩余情况。

图1

    钱金荣表示，TI早在2004年便推出了具备阻抗跟踪的电池监测产品，如BQ20Z70、BQ20Z80、BQ20Z90以及BQ20Z95，这些产品主要用于笔记本电脑。TI于近期推出了用于手机等设备的电池监测产品BQ27500和BQ27350。BQ27500可用于母板上，BQ27350则主要用于电池包中。钱金荣称当电池老化时，这些产品的精确度可以达到100%，因此能够很好的提高电池使用效率。正是因为可以精确测量电池的剩余电量，有厂商甚至利用此功能开始生产以百分比形式显示剩余电量以及同时显示剩余使用时间的智能手机。如图2所示。

图2

    同样基于成本的考虑，目前这种阻抗跟踪技术只可在笔记本电脑和智能手机中寻得“芳踪”，进一步普及还需时日。

    除了以上提到的安全性能、精确测量外，将电源管理芯片做得更小更轻也是厂商们目前努力的方向。正是由于优秀的电源管理技术为电子设备提供了强大的动力保障，我们的终端设备功能才得以更加丰富多彩！

作者：孔文