便攜式電源的應用范圍很廣，也很多樣化。產品包括消耗 uW 級平均功率的無線傳感器節點以及可用小車推著的、電池組耗電數百瓦-時的醫療或數據采集系統。不過，盡管應用種類很多，仍然出現了幾個趨勢，設計師日益需要給產品提供更大的功率，以支持不斷增多的功能，同時也在考慮怎樣用任何可用電源給電池充電。要滿足第一種需求，就要提高電池容量。不幸的是，用戶大多比較心急，容量提高以后，還必須在一個合理的時間內充滿電，這就導致要增大充電電流。要滿足第二種需求，就要求電池充電解決方案提供極大的靈活性。本文將更詳細地討論這些問題。

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更大的功率

考慮一下新式手持式設備，面向消費者的設備和工業設備都可能包括蜂窩電話調制解調器、Wi-Fi 模塊、藍牙模塊、大尺寸背光照明顯示屏 … 等等。很多手持式設備的電源架構都與蜂窩電話的非常相似。一般情況下，用一個 3.7V 的鋰離子電池作為主電源，因為鋰離子電池按重量和按體積的能量密度都很高 (單位分別為 Wh/kg 和 Wh/m3)。過去，很多大功率設備都采用 7.4V 鋰離子電池，以降低電流要求，不過低價 5V 電源管理 IC 的上市已經促使越來越多的手持式設備采用了電壓更低的架構。平板電腦很好地說明了這一點：一個典型的平板電腦有極多的功能以及非常大的顯示屏 (就便攜式設備而言)。用 3.7V 電池供電時，其容量必須以數千毫安-小時計算。為了在幾個小時內給這樣一個電池充滿電，需要數千 mA 的充電電流。

然而，如果沒有大電流交流適配器，盡管充電電流這么高，也不能防止消費者用 USB 端口給大功率設備充電的想法。為了滿足這種需求，當交流適配器可用時，電池充電器必須能以大電流 (>2A) 充電，而在沒有交流適配器可用時，電池充電器必須仍能高效地利用 USB 端口提供 2.5W 至 4.5W 功率。此外，器件必須保護敏感的下游低壓組件免受可能出現過壓情況所導致的損壞，同時必須無縫地將大電流從 USB 輸入、交流適配器或電池傳送到負載，并最大限度地降低功耗。另外，該 IC 還必須安全地管理電池充電算法，并監視關鍵的系統參數。

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戰勝單節電池供電的便攜式產品在功率方面的挑戰

盡管看似不可能找到能滿足上述要求的單個 IC，不過看一下 LTC4155，這是一個大功率、I2C 控制的高效率電源通路 (PowerPath?) 管理器、理想二極管控制器和鋰離子電池充電器。該 IC 用來從各種 5V 電源高效地傳送高達 3A 的電流，可產生超過 3.5A 的可用電流，以供電池充電和系統使用 (參見圖 1)。LTC4155 的效率為 88% 至 94%，因此即使電流值這么大，該 IC 仍然可以減輕熱量預算限制 (參見圖 2)。LTC4155 的開關式電源通路拓撲無縫地管理從兩種輸入電源 (例如一個交流適配器和一個 USB 端口) 到設備中可再充電鋰離子電池的配電，同時當輸入功率有限時，優先為系統負載供電。

圖 1：LTC4155 的典型應用電路

圖 2：LTC4155 的典型效率

與典型的線性模式充電器相比，LTC4155 中開關穩壓器的作用就像一個變壓器，允許 VOUT 上的負載電流超過輸入電源吸取的電流，并極大地提高電池充電的可用功率。前述例子說明了 LTC4155 怎樣才能以高達 3.5A 的電流高效率地充電，以實現更快的充電時間。與普通的開關型電池充電器不同，LTC4155 可即時接通工作，以確保即使電池沒電或已深度放電，當一插上電源插頭，系統電源也立即可用。

盡管是以很高的速率給電池充電，監視電池是否安全也是很重要的。當電池溫度降至低于0°C 或升至高于 40°C [由一個外部負溫度系數 (NTC) 熱敏電阻測量] 時，LTC4155 將自動停止充電。除了這種自主式功能，LTC4155 還提供一個 7 位擴展標度模數轉換器 (ADC)，以大約 1°C 的分辨率監視電池溫度 (參見圖 3)。結合 4 個可用的浮置電壓設定值和 15 個電池充電電流設定值，該 ADC 可基于電池溫度來建立定制的充電算法。

圖 3：7 位熱敏電阻器 ADC 顯示 LTC4155 的預置溫度跳變點

通過一個簡單的兩線 I2C 端口可獲得 NTC ADC 的結果，從而能調節充電電流和電壓的設定值。該 I2C 端口通過控制 16 個輸入電流的設定值 (包括 USB 2.0 和 3.0 兼容設置)，還可提供 USB 兼容性。該通信總線允許 LTC4155 指示額外的狀態信息，例如輸入電源狀態、充電器狀態和故障狀態。由于支持 USB OTG，因此無需任何額外的組件，就可以反過來向 USB 端口提供 5V 電源。