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图1典型锂离子充电周期   线性解决方案与开关模式解决方案对比 将适配器电压转降为电池电压并控制不同充电阶段的拓扑结构有两种：线性稳压器和电感开关。这两种拓扑结构在体积、效率、解决方案成本和电磁干扰 (EMI) 辐射方面各有优缺点。我们下面介绍这两种拓扑结构的各种优点和一些折中方法。   一般来说，电感开关是获得最高效率的最佳选择。利用电阻器等检测组件，在输出端检测充电电流。充电器在CC 模式下时，电流反馈电路控制占空比。电池电压检测反馈电路控制CV 模式下的占空比。根据特性集的不同，可能会出现其他一些控制环路。我们将在后面详细讨论这些环路。电感开关电路要求开关组件、整流器、电感和输入及输出电容器。就许多应用而言，通过选择一种将开关组件和整流器都嵌入到IC 中的器件，可以缩小解决方案的尺寸。根据不同的负载，这些电路的典型效率为80% 到96%。开关转换器因其电感尺寸一般会要求更多的空间，同时也更加昂贵。开关转换器还会引起电感EMI 辐射，以及开关带来的输出端噪声。   线性充电器通过降低旁路组件的输入电压，降低DC 电压。这样做的好处是解决方案只要求三个组件：旁路组件和输入/输出电容。相比电感开关，线性压降稳压器 (LDO) 通常为一款低成本的解决方案，且噪声更低。通过稳压旁路组件的电阻来限制进入电池的电流，从而对充电电流进行控制。电流反馈一般来自充电器IC 的输入。对电池电压进行检测，以提供CV 反馈。改变旁路组件的电阻，来维持进入IC 输入端的恒定电流或者恒定电池电压。器件的输入电流等于负载电流。这就是说解决方案的效率等于输出电压与输入电压的比。LDO 解决方案的缺点是高输入输出电压比时（即低电量情况）效率较低。所有功率都被旁路组件消耗，其意味着LDO 并非那些输入输出差较大的高充电电流应用的理想选择。这些高功耗应用要求散热，从而增加了解决方案的尺寸。 功耗及温升计算     其中，η为充电器的效率，而P_OUT = V_OUT × I_OUT。利用热阻，可以计算得到功耗带来的温升。每种应用的热阻都不同，其取决于电路板布局、气流和封装等具体参数。我们应该针对终端应用电路板对热阻建模。请记住，产品说明书中定义的Θ_JA 并非这种应用中热阻的恰当表示方法^[1]。   应该使用什么样的拓扑？ 您需要研究的第一个参数是充电电流。对于一些小型应用来说，例如：充电电流介于25Ma 到150mA 之间的蓝牙^TM耳机等，最佳解决方案几乎都是线性充电器。这些应用一般都具有非常小的体积，无法为开关的更多组件提供额外空间。另外，由于其非常低的功耗要求，功耗带来的温升可以忽略不计。对于手机应用来说，充电电流一般在350-700mA 范围以内。在这种范围中，很多时候线性解决方案仍然非常有效。由于它们通常都为低成本手机，其成本压力更大，因此线性充电器便成为一种理想的解决方案。智能手机应用的电池体积较大，且充电电流需求大于1.5A，这时使用开关解决方案则更加合理。1.5A 电流条件下，温升会非常大。例如，使用一个线性充电器通过5V 适配器对一块3.6V 电池充电时，效率为72%。首先，这个效率听起来似乎不太坏。如果您从功耗的角度来看它，这种应用要消耗约2W。在一个热阻 (Θ_JA) 为40°C/W 的应用中，芯片温度上升80°C。在40°C 环境温度下，电路板温度会上升至120°C，其对手持设备来说是不可接受的。在极低电池电压（即3 V）下，这一问题甚至会变得极端严重。相同3V 条件下，温度升至120°C。让我们来看相同条件下的开关解决方案，使用一个单体电池IC 充电器时，效率上升至约85%。使用一块3.6V 电池时，功耗低于1W，从而带来40°C 的温升。3V 时这种改善更加明显。假设3V 输出时的效率为80%，则功耗低于800  mW，因此温升会更低（约32°C）。这些智能手机的体积一般可以容许稍大一点的解决方案，并且能够承受开关模式解决方案相关的稍许成本增加。   为任务选择正确的IC 在您已经完成您的初步热分析并且选好充电器拓扑以后，您便可以转到选择应用的最佳IC 上来。新型的电池充电器解决方案集成了许多特性，可以利用它们改善系统的性能。诸如输入过压保护、电源路径管理 (PPM)、V_{IN_DPM}、散热稳压、负温度系数热敏电阻 (NTC) 监测和USB 充电等特性，都被集成到许多电池充电器IC 中。大多数单体电池充电器解决方案都已将要求FET 集成到了器件中，旨在节省电路板面积。   输入过压保护（单输入与双输入对比）   在当今的市场上，USB 电源已经成为最为常见的电源，因此通过USB 电源充电已经成为一种必然性。市场已经从使用专门AC 适配器和单独USB 接口的初始双输入转变为将一个USB 接口既作为墙上电源适合器接口使用，也作为使用相同线缆的USB 数据输入接口的单输入解决方案。这样便导致一种从双输入解决方案向单输入解决方案的转移。单输入在接口方面存在许多挑战。由于存在如此多的配件市场适配器解决方案和一种通用接口，输入端必须要能够在无损坏的情况下承受更高的电压。由于电池充电器始终连接到输入端，因此充电器对所有下游电路实施过电压状态保护是有道理的。为了实施这一功能，市场上出现了许多能够承受20V 甚至30V 电压的解决方案。另外，这些器件都具有过电压保护 (OVP) 电路，其在输入超出OVP 阈值时阻止器件运行。这样便进一步保护了下游电路，使其免受潜在的瞬态过电压状态损坏。   目前，随着绿色输入（即太阳能电池）或无线充电的出现，应用又再一次向双输入要求转移。根据具体的应用要求，两种配置结构都可以使用。