《電子技術(shù)應(yīng)用》
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快充安全精確 做好電池管理IC

2016-02-23

  電池管理IC是對電子設(shè)備的電池進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測、充電管理和安全保護(hù)管理的芯片,它可以為用戶提供準(zhǔn)確的電池剩余容量預(yù)測、剩余使用時(shí)間預(yù)測、手機(jī)低電量運(yùn)行告警、手機(jī)低功耗運(yùn)行策略控制、充電電流電壓控制及電池的使用安全保障等功能。電池管理IC性能的好壞,對電子設(shè)備用戶的使用體驗(yàn)及使用安全有極大的影響。

  電池管理IC應(yīng)用市場廣闊,遠(yuǎn)不止智能手機(jī)應(yīng)用,在筆記本電腦、移動(dòng)充電寶、平板電腦、智能穿戴設(shè)備、無繩電動(dòng)工具、移動(dòng)POS機(jī)、無人機(jī)等產(chǎn)品中都有應(yīng)用。其中智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦、移動(dòng)充電寶市場規(guī)模都大于1億臺(tái)/年,手機(jī)市場更是超過10億臺(tái)/年,穿戴設(shè)備、無繩電動(dòng)工具、無人機(jī)等市場也在快速成長,為電池管理IC行業(yè)發(fā)展帶來巨大的發(fā)展契機(jī)。保守估計(jì),2015年包括各種電池管理IC在內(nèi)的市場體量將超過50億顆,而且還在快速增長。

  充1小時(shí)用1周不是夢

  未來2~3年內(nèi),充電一個(gè)小時(shí)使用一周的手機(jī)或平板電腦有可能出現(xiàn)。

  快充是近來熱議的話題,從OPPO推出VOOC閃充方案后,各家的快充方案不斷出現(xiàn)。目前高通、MTK、Intel陣營都在主導(dǎo)自有標(biāo)準(zhǔn)的快充方案。同時(shí)針對快充需求,電池廠商也在發(fā)力,鋰電池工藝和配方都在不斷演進(jìn)。從以前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)容受0.3C充電,發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了能夠容受1C甚至1.5C充電的高能量密度電芯。半小時(shí)把3000mAh的電池充到75%的產(chǎn)品已經(jīng)面世,1小時(shí)充滿100%電量的手機(jī)電池產(chǎn)品也有發(fā)布。

  對于快充解決方案來說,首要的需求是安全,其次是維護(hù)電池健康狀態(tài)和使用壽命,最后是效率,也就是充電管理部分電路的發(fā)熱要低。所以,只是把充電管理IC換成了一個(gè)大電流的選型,其實(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。一個(gè)完善的快充解決方案是一個(gè)系統(tǒng)工程,需要集合AP、電池保護(hù)板、電量計(jì)、充電管理等多方面的技術(shù)訣竅才能形成安全、長壽命、高效率、低發(fā)熱的快充解決方案。

  決定未來快充技術(shù)發(fā)展的決定性因素有兩個(gè):一是標(biāo)準(zhǔn)之爭。顯而易見,QC2.0、Pump Express+和USB Type-C之間一定會(huì)有一翻博弈,其結(jié)果將影響未來技術(shù)的發(fā)展方向。但無論如何,利用高壓充電增大充電傳輸功率已經(jīng)是行業(yè)共識,無論哪個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都將引入高壓充電概念。二是鋰電池材料技術(shù)發(fā)展的瓶頸。在保障能量密度的情況下,提高鋰電池對于快速充電的容受能力是技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。由于鋰電池材料行業(yè)現(xiàn)在新技術(shù)層出不窮,包括硅負(fù)極、固態(tài)負(fù)極等技術(shù)都在快速發(fā)展,可以說,在未來2~3年內(nèi),充電一個(gè)小時(shí),使用一周的手機(jī)或平板電腦都有可能出現(xiàn)。

  賽微公司即將推向市場的CW6113充電管理IC,是采用開關(guān)電源結(jié)構(gòu)的高效率充電管理IC,具有效率高、低發(fā)熱特點(diǎn),支持電源路徑管理(Power Path Management)功能和USB OTG升壓功能,能夠支持最大2.5A的充電電流,能夠在1小時(shí)時(shí)間內(nèi)充滿2000mAh的電池。CW6113是一顆通用器件,針對各種鋰電池充電應(yīng)用都可使用。

  對電池進(jìn)行“柔性”充電控制

  對電池進(jìn)行“柔性”充電控制,延長電池使用壽命,已經(jīng)形成了行業(yè)共識。

  眾所周知,鋰電池尤其是高能量密度比的鋰電池是危險(xiǎn)品,在電池過充、過放、短路等異常情況下都將形成電池脹氣、鼓包、泄漏等問題,嚴(yán)重時(shí)會(huì)引發(fā)燃燒、爆炸事故。保障鋰電池使用安全有兩個(gè)核心因素:一是電芯安全性,二是電池包保護(hù)電路功能。電芯安全是廣大電芯廠商的持續(xù)努力方向,涉及電池材料配方和加工工藝等諸多問題,在這里不再贅述。但電芯的安全性是電池安全性的基礎(chǔ),如果電芯本身安全性有問題,則使用再安全的保護(hù)線路都將是舍本逐末。保護(hù)電路也是業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)。作為鋰電池保護(hù)電路的核心,電池保護(hù)IC的保護(hù)功能必須齊備。以賽微微電子的CW1055/1043多串電池保護(hù)IC為例,它能夠完成過充保護(hù)、過放保護(hù)、放電過流保護(hù)(兩級)、異常充電保護(hù)、短路保護(hù)、溫度保護(hù)等六大保護(hù)功能,完整覆蓋了鋰電池的各種異常使用情況,保障了鋰電池的使用安全。

  另外,在快充時(shí)代,傳統(tǒng)的鋰電池保護(hù)方案將與大功率充電功能間發(fā)生嚴(yán)重矛盾。而鋰電池在大倍率充電的情況下,也更容易出現(xiàn)高溫、過充等異常使用情況。忽略電池的運(yùn)行情況,一味對鋰電池進(jìn)行大倍率充電,將嚴(yán)重影響鋰電池的使用壽命,甚至引發(fā)危險(xiǎn)。所以,通過電量計(jì)IC和電池保護(hù)IC對電池使用情況進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控,根據(jù)電池剩余容量、溫度、端電壓、內(nèi)阻等信息對充電管理IC行為進(jìn)行控制,對電池進(jìn)行“柔性”充電控制,維護(hù)電池健康狀態(tài),延長電池使用壽命,降低電池使用安全風(fēng)險(xiǎn),已經(jīng)形成了行業(yè)共識。賽微即將推出的CW1016電池保護(hù)IC,能夠保障在電池使用安全的情況下,支持大電流快速充電,解決現(xiàn)有快速充電技術(shù)在電池包PCM保護(hù)板內(nèi)部的瓶頸問題。

  電量計(jì)并非只要精度高就好

  真正的電量計(jì)IC設(shè)計(jì)導(dǎo)入的過程,是一場設(shè)計(jì)服務(wù)。

  高精度電量計(jì)IC對電池剩余電量的預(yù)測精度能夠達(dá)到1%~3%,目前賽微、德州儀器等電量計(jì)廠商提供的產(chǎn)品基本都能夠達(dá)到。那么,是否高精度的電量預(yù)測就能夠保障好的用戶使用體驗(yàn)?zāi)?答案與大家的既有認(rèn)知不太相符。用戶對于電量預(yù)測精度固然在意,但是引起用戶投訴電量顯示不準(zhǔn)問題的,往往是電量計(jì)上報(bào)電量的“異常行為”。例如:沒有插充電器時(shí)電池電量跳變回升、小電流切換大電流放電時(shí)電量顯示突然跳變下降、顯示還有幾個(gè)百分比剩余容量時(shí)突然跳電關(guān)機(jī)、充電時(shí)一直充不滿等各種問題才是誘發(fā)用戶投訴的殺手。而避免這些問題的出現(xiàn),需要電量計(jì)IC與電池以及系統(tǒng)進(jìn)行完美匹配才能完成。所以我們常說,電量計(jì)IC并不是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的ASIC器件,只是將電量計(jì)IC SMT到客戶的PCBA上并不能保障性能和用戶體驗(yàn)。而真正的電量計(jì)IC設(shè)計(jì)導(dǎo)入的過程,是一場設(shè)計(jì)服務(wù),需要有經(jīng)驗(yàn)的工程師將電量計(jì)IC的參數(shù)與充電管理IC參數(shù)、系統(tǒng)截至放電點(diǎn)設(shè)定值、電池特征、用戶使用環(huán)境等信息進(jìn)行整合匹配,才能保障電量計(jì)功能的全面發(fā)揮,給客戶帶來真正無投訴的電池管理用戶體驗(yàn)。

  賽微CW2015作為國內(nèi)唯一的電量計(jì)IC供應(yīng)商,其旗艦產(chǎn)品CW2015是業(yè)界功耗最低、應(yīng)用電路最簡單、PCBA生產(chǎn)流程最簡便的高精度電池電量計(jì)IC產(chǎn)品。與傳統(tǒng)的美商產(chǎn)品比較,CW2015在PCBA的生產(chǎn)流程中不需要專門的電池校準(zhǔn)和芯片燒錄設(shè)備,沒有電流校準(zhǔn)和芯片燒錄的生產(chǎn)流程,因而大大降低了電池電量計(jì)IC的使用/生產(chǎn)門檻,提高了生產(chǎn)效率。同時(shí),減少外圍器件的數(shù)量,提高集成度也是降低PCB layout面積的趨勢。以賽微CW2015電量計(jì)IC為例,其芯片外圍器件只有7個(gè),相比競爭對手動(dòng)輒十幾個(gè)的外圍器件大大降低了電路成本、縮小了PCB面積。同時(shí)解決了以前很多希望通過電量計(jì)IC的應(yīng)用提升產(chǎn)品用戶使用感受的手機(jī)廠商所面臨的最大問題:用得起電量計(jì)IC,買不起專用設(shè)備,承受不了復(fù)雜的生產(chǎn)流程,從而完整地實(shí)現(xiàn)了我們的承諾:扎根中國市場,了解行業(yè)現(xiàn)狀,服務(wù)本地客戶。


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