患者護理領域的主要趨勢之一，是在患者家中越來越多地使用遠程監視系統。出現這種趨勢的原因很明顯，讓患者住在醫院的費用太高了，令人難以承受。因此，很多這類便攜式電子監視系統納入了RF收發器，以便數據能直接發到醫院中的監察系統中，供醫生研究和分析之用。顯然，這類系統通常由AC電源、電池或同時由二者供電。為了確保在除醫院之外的其他地點使用時，系統能連續工作，這種冗余性是必要的。此外，在便攜式醫療診斷設備領域取得了很多新的進展，例如醫生和護士到處攜帶的設備，都將電池作為主電源，或將電池作為備份電源，以防AC電源中斷。這類系統需要高效率電池充電電路。
 

   除了醫療應用，便攜式工業銀行終端、堅固耐用的平板電腦、庫存控制和條碼掃描設備等都需要單節大容量電池，以減小外形尺寸和重量。基于鋰材料的電池一直是最流行的選擇。然而，要快速、準確和安全地給這類電池充電，卻不是非微不足道的事情。此外，人們一直在開發新的、基于鋰的化學陽極/陰極組合，這類組合也在不斷地推向主流市場。這種趨勢的一個例子是，磷酸鐵鋰（LiFePO4）電池已在許多應用中嶄露頭角，與基于鈷的鋰離子/鋰聚合物電池相比，磷酸鐵鋰電池可提供更高的安全性和更長的電池壽命。而且這種化學組成的電池還同時具備基于鈷的鋰離子電池所具備的其他許多優勢，包括較低的自放電速率和相對較輕的重量。相比之下，除了改善安全性（因為具有抗“熱失控”能力）及延長電池循環壽命之外，磷酸鐵鋰電池具備更高的峰值功率額定值，對環境影響更小。通常醫療和工業應用愿意接受磷酸鐵鋰電池更低的單位體積能量密度，以換取更高的安全性和更長的周期壽命。備份應用需要更長的周期壽命，且要能以大電流放電。
 

怎樣得到更大的功率

   很多手持式工業或醫療設備的電源架構常常與大顯示屏智能手機的電源架構類似。一般情況下，3.7V（最終充電或“浮置”電壓為4.2V）鋰離子電池一直用作主電源，因為其單位重量能量密度（Wh/kg）和單位體積能量密度（Wh/m3）很高。過去，很多大功率設備使用兩節7.4V（8.4V浮置電壓）鋰離子電池，以滿足功率要求，但是由于價格低廉的5V電源管理IC的上市，越來越多的手持式設備采用了更低電壓的架構，這使得可以使用單節鋰離子電池。典型的便攜式醫療或工業設備具有很多功能和非常大（就便攜式設備而言）的顯示屏。當用3.7V電池供電時，其容量必須以數千毫瓦小時計。為了用幾小時給這么大容量的電池充電，就需要幾安培的充電電流。
 

   不過，即使需要這么大的充電電流，在沒有大電流交流適配器可用時，用戶依然想用USB端口給他們的大功率設備充電。為了滿足這種要求，當有交流適配器可用時，電池充電器必須能以大電流（》2A）充電，但是仍然能高效率地利用USB端口可提供的2.5W至4.5W功率。此外，該IC產品需要保護敏感的下游低壓組件，使它們免受可能由損壞導致的過壓事件的影響，并高效率地將大電流從USB輸入、交流適配器或電池引導到負載，以最大限度地減少以熱量形式損失的功率。同時，該IC必須安全地管理電池充電算法，并監視關鍵的系統參數。
 

   磷酸鐵鋰電池較低的3.6V浮動電壓導致無法使用標準的鋰離子電池充電器。如果充電不當，就有可能對這種電池造成無法修復的損壞。準確的浮動電壓充電將延長電池的壽命。與基于鈷的鋰離子電池相比，LiFePO4電池的優點包括體積能量密度（每單位體積的容量）較高，而且不容易過早地出現故障（倘若新電池過早地“深度循環”）。
 

主要設計限制總結如下：

   大(da)容(rong)量電(dian)池需要大(da)的(de)充電(dian)電(dian)流和高效率(lv)

   很多便攜式應用，包(bao)括工業和醫療(liao)設備，都(dou)需(xu)要USB兼容(rong)充電所(suo)提供的便利性

   磷酸鐵鋰電池(chi)有(you)特殊充電要求，即更低的(de)浮(fu)置電壓，與鋰離子電池(chi)相比有(you)一些令人欣(xin)慰的(de)優勢

   上面討論的任何滿足這些設計限制的IC解決方案都必須是緊湊和單片型的，能應對快速、高效率給單節大容量電池充電的問題，并與磷酸鐵鋰等新的化學組成兼容。這樣的設備會成為催化劑，能提高采用大容量電池的便攜式工業和醫療產品在全球的采用率。
 

應對采用單節電池的便攜式設備的功率挑戰
 

   盡管上述要求也許看(kan)似不(bu)可能用(yong)單片IC來(lai)滿足，但是(shi)看(kan)一(yi)下(xia)LTC4156吧。LTC4156緊(jin)隨流(liu)行的、基于(yu)鋰材料的LTC4155而來(lai)，是(shi)一(yi)款大(da)功(gong)(gong)率(lv)、I2C控制(zhi)、高效率(lv)電(dian)(dian)源通路(lu)（PowerPath）管理(li)(li)器(qi)、理(li)(li)想二(er)極管控制(zhi)器(qi)和(he)磷(lin)酸(suan)鐵鋰（LiFePO4）電(dian)(dian)池(chi)充電(dian)(dian)器(qi)，適(shi)用(yong)于(yu)采用(yong)單節電(dian)(dian)池(chi)的便(bian)攜(xie)式應用(yong)，例如便(bian)攜(xie)式醫療和(he)工業設(she)備(bei)、備(bei)份設(she)備(bei)和(he)高功(gong)(gong)率(lv)密度(du)電(dian)(dian)池(chi)供電(dian)(dian)應用(yong)。該IC為從各(ge)種電(dian)(dian)源高效率(lv)傳送高達(da)15W的功(gong)(gong)率(lv)而設(she)計，同時(shi)最大(da)限(xian)度(du)地(di)降(jiang)低(di)了功(gong)(gong)耗，并減輕了熱量預算限(xian)制(zhi)。LTC4156的開關電(dian)(dian)源通路(lu)拓撲無(wu)縫地(di)管理(li)(li)從兩個輸(shu)入電(dian)(dian)源，例如交流(liu)適(shi)配器(qi)和(he)USB端口(kou)，到(dao)設(she)備(bei)的可再充電(dian)(dian)磷(lin)酸(suan)鐵鋰電(dian)(dian)池(chi)的功(gong)(gong)率(lv)分配，同時(shi)當輸(shu)入功(gong)(gong)率(lv)有限(xian)時(shi)，優先向系統負載供電(dian)(dian)。

TO SYSTEM LOAD：至(zhi)系(xi)統(tong)負載

由于節省功率，所以LTC4156允許輸出負載電流超過輸入電源吸取的電流，從而能最大限度地利用可用功率給電池充電，而不會超出輸入電源供電規格。例如，當用5V/2A交流適配器供電、可用功率為10W時，該IC的開關穩壓器能高效率傳送超過85%的可用功率，提供高達~2.4A的充電電流，并能更快速地充電。與普通開關電池充電器不同，LTC4156具備即時接通工作能力，以確保甚至在電池已深度放電時，一插上插頭系統就可以供電。由于支持USB OTG（On-the-Go），所以無需任何額外的組件，就能反過來向USB端口提供一個5V電源。
 

LTC4156的自主全功能單節磷酸鐵鋰電池充電器能提供高達3.5A的充電電流，具備15種用戶可選的充電電流設置。該充電器包括自動再充電、壞電池檢測、可編程安全定時器、熱敏電阻控制的溫度合格的充電、可編程充電結束指示/終止以及可編程中斷。LTC4156采用扁平（0.75mm）28引腳4mm x 5mm QFN封裝，在-40°C至125°C的溫度范圍內工作有保證。

高效(xiao)率(lv)內部開關穩壓器

LTC4156的開關穩壓器工作起來像一個變壓器，允許VOUT端的負載電流超過輸入電源吸取的電流，而且與典型線性模式電池充電器相比，充分利用可用功率給電池充電的能力得到了極大的改善。前述例子說明，LTC4156可以怎樣以高達3.5A的電流高效地充電，從而實現了更快的充電速度。與普通開關電池充電器不同，LTC4156具備即時接通工作能力，以確保甚至在電池沒電或已深度放電時，一插上電源就可向系統供電。
 

EFFICIENCY：效率

Switching Regulator Efficiency：開關(guan)穩壓器效率

LOAD CURRENT：負載電流

對電池而言更安全

在對電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)快速充電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)時，監(jian)視電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)安全性是(shi)很重要的(de)(de)。當電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)溫(wen)度(du)降至低于0°C或升至高于60°C時（如一(yi)個(ge)(ge)外(wai)部負溫(wen)度(du)系數的(de)(de)NTC熱敏電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻所測得的(de)(de)那樣），LTC4156會自動(dong)停(ting)止充電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)。除了這一(yi)自主性功(gong)能，LTC4156還提供一(yi)個(ge)(ge)擴展(zhan)標(biao)度(du)的(de)(de)7位模數轉換(huan)器（ADC），以憑借約1°C的(de)(de)分(fen)辨率監(jian)視電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)溫(wen)度(du)（參見圖3）。這個(ge)(ge)ADC與4個(ge)(ge)可用的(de)(de)浮置(zhi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓設置(zhi)和15個(ge)(ge)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)充電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流設置(zhi)相(xiang)結合，可用來建立基(ji)于電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)溫(wen)度(du)的(de)(de)定制充電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)算法(fa)。

Temperature：溫度

可通過一(yi)個(ge)簡單的兩線I2C接口(kou)讀取NTC ADC的結果，從而能對充電(dian)電(dian)流(liu)和電(dian)壓設置進行調(diao)整。該通信總線允許LTC4156指(zhi)示(shi)額外的狀(zhuang)(zhuang)態(tai)信息，例如輸入(ru)電(dian)源狀(zhuang)(zhuang)態(tai)、充電(dian)器狀(zhuang)(zhuang)態(tai)和故障(zhang)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)。由于支持USB On-The-Go，所(suo)以(yi)無需任何附加組件，就(jiu)能反過來(lai)向(xiang)USB端口(kou)提供(gong)一(yi)個(ge)5V電(dian)源。

對平板電(dian)(dian)腦或(huo)工(gong)業條碼掃描器等很多便攜式(shi)應用(yong)來(lai)說，管理(li)兩個輸(shu)(shu)(shu)入(ru)（例如(ru)USB和交流適配(pei)器）足夠了(le)。不(bu)過，便攜式(shi)設(she)備設(she)計師一直在不(bu)斷尋求用(yong)任何可(ke)用(yong)電(dian)(dian)源給(gei)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)充電(dian)(dian)的(de)(de)方(fang)式(shi)。LTC4156的(de)(de)雙輸(shu)(shu)(shu)入(ru)、優(you)先級多工(gong)器根據用(yong)戶定義(yi)的(de)(de)優(you)先級（缺省優(you)先級為適配(pei)器輸(shu)(shu)(shu)入(ru)），自主地(di)選擇最(zui)合適的(de)(de)輸(shu)(shu)(shu)入(ru)（交流適配(pei)器或(huo)USB）。過壓保(bao)護（OVP）電(dian)(dian)路同時保(bao)護兩個輸(shu)(shu)(shu)入(ru)，以(yi)免受(shou)到意外加上的(de)(de)高(gao)壓或(huo)反(fan)向電(dian)(dian)壓引起的(de)(de)損(sun)壞。LTC4156的(de)(de)理(li)想(xiang)二極管控制器保(bao)證，即(ji)使輸(shu)(shu)(shu)入(ru)功(gong)率(lv)(lv)不(bu)充足或(huo)不(bu)存(cun)在，也總是可(ke)以(yi)向VOUT提供(gong)充足的(de)(de)功(gong)率(lv)(lv)。為了(le)在設(she)備連接(jie)到一個處于暫停模式(shi)的(de)(de)USB端(duan)口時，最(zui)大(da)限度地(di)減少電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)泄漏，在VBUS和VOUT之(zhi)間放(fang)置(zhi)了(le)一個LDO，以(yi)向應用(yong)提供(gong)可(ke)允(yun)許的(de)(de)USB暫停電(dian)(dian)流。為了(le)消(xiao)除(chu)制造和銷售(shou)階(jie)段的(de)(de)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)泄漏，“裝運及貯存(cun)”特性將已(yi)經很低的(de)(de)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)備用(yong)電(dian)(dian)流進一步降至幾乎為零。

最后，LTC4156與(yu)LTC4155鋰離子版本是(shi)引腳(jiao)和組件完(wan)全兼容的，從(cong)而(er)無需(xu)重(zhong)新大面積安排電路板(ban)，就可(ke)以靈活方(fang)便地在(zai)最后一分(fen)鐘更換不同化學組成(cheng)的電池(chi)。

結論

對于(yu)新(xin)式(shi)(shi)便(bian)攜式(shi)(shi)工業和(he)(he)醫(yi)療設(she)(she)備(bei)來說，設(she)(she)計(ji)師的(de)(de)工作極具挑戰(zhan)性(xing)(xing)，尤其是(shi)(shi)涉及功率(lv)時。企(qi)業要求的(de)(de)功能越來越需(xu)(xu)要更大的(de)(de)功率(lv)，結果就是(shi)(shi)更大的(de)(de)電(dian)池。同時，人們需(xu)(xu)要便(bian)利性(xing)(xing)，希望(wang)可(ke)(ke)用(yong)任何電(dian)源給這些電(dian)池充電(dian)。由于(yu)固有的(de)(de)安(an)全性(xing)(xing)、低浮(fu)置電(dian)壓(ya)、更長的(de)(de)周期壽(shou)命、較低的(de)(de)自(zi)放(fang)電(dian)速率(lv)和(he)(he)相對輕(qing)的(de)(de)重量(liang)，磷酸鐵鋰電(dian)池正(zheng)在成(cheng)(cheng)為主(zhu)流選擇。但(dan)(dan)是(shi)(shi)像(xiang)任何可(ke)(ke)再充電(dian)電(dian)池一樣，磷酸鐵鋰電(dian)池必(bi)須小心對待。盡管便(bian)攜式(shi)(shi)設(she)(she)備(bei)電(dian)源領域(yu)的(de)(de)這些趨勢成(cheng)(cheng)為了(le)設(she)(she)計(ji)挑戰(zhan)，但(dan)(dan)是(shi)(shi)LTC4156使事(shi)情(qing)容易(yi)多了(le)。在低壓(ya)系統中，LTC4156高(gao)效率(lv)地提(ti)供(gong)了(le)高(gao)達3.5A的(de)(de)充電(dian)電(dian)流，同時提(ti)供(gong)了(le)高(gao)性(xing)(xing)能和(he)(he)安(an)全功能。