【導讀】在移動設備與便攜式電子產(chǎn)品迅猛發(fā)展的今天，電池充電管理技術正面臨前所未有的挑戰(zhàn)。德州儀器(TI)最新推出的電源路徑電池充電器解決方案，通過創(chuàng)新的拓撲結構和精準的電流控制，在充電效率、電池壽命和系統(tǒng)可靠性三個維度實現(xiàn)突破性進展。本文將深入剖析BQ25180和BQ25620等代表性產(chǎn)品的技術優(yōu)勢，揭示電源路徑技術如何為智能手機、電動工具等應用帶來革命性的性能提升。
圖 1. 非電源路徑和電源路徑方框圖
1. 電源路徑與非電源路徑的架構對比
傳統(tǒng)非電源路徑充電器采用單一充電路徑設計，系統(tǒng)與電池共享同一節(jié)點，導致充電電流與系統(tǒng)供電電流無法獨立控制。這種架構雖然在剃須刀等簡單應用中尚可接受，但在需要同時充電和使用的場景中存在明顯局限。德州儀器的電源路徑技術通過集成智能MOSFET開關(Q2)，實現(xiàn)了三大突破性創(chuàng)新：
首先，雙路徑獨立控制架構允許輸入電源同時為系統(tǒng)供電和為電池充電，且兩者電流可獨立調(diào)節(jié)。當檢測到深度放電電池時，系統(tǒng)可自動降低充電電流至安全值（如C/10），同時保證系統(tǒng)獲得足夠的工作電流。在BQ25620的實際測試中，該功能使得系統(tǒng)在電池電壓低至2.8V時仍能正常啟動，而傳統(tǒng)方案需要等待電池充電至3.3V以上。
其次，創(chuàng)新的補充模式(Supplement Mode)通過動態(tài)調(diào)節(jié)Q2的導通狀態(tài)，實現(xiàn)輸入電源與電池的智能功率調(diào)配。當系統(tǒng)瞬時功率需求超過適配器供電能力時（如智能手機同時進行快充和游戲），該技術可自動從電池抽取補充電流，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。實驗室數(shù)據(jù)顯示，采用該技術的BQ25180在2A負載突變時，輸出電壓紋波控制在50mV以內(nèi)，遠優(yōu)于傳統(tǒng)方案的200mV波動。
最重要的是，電源路徑架構通過精密的電流監(jiān)測網(wǎng)絡，實現(xiàn)了對終止電流(ITERM)的精準控制。TI專利的庫侖計數(shù)算法配合22位ΔΣ ADC，使得BQ25180在0.5mA的極低終止電流下仍能保持±1%的測量精度。這意味著對一塊3000mAh的電池而言，相比普通充電器可多釋放約5%的有效容量，相當于延長了150mAh的可用電量。
2. 延長貨架期的關鍵技術突破
產(chǎn)品從出廠到消費者手中往往需要經(jīng)歷數(shù)月運輸和倉儲，在此期間電池自放電可能嚴重影響用戶體驗。德州儀器的電源路徑充電器通過三重創(chuàng)新解決這一行業(yè)難題：
運輸模式(Shipping Mode)是TI的獨家技術，通過完全斷開電池與系統(tǒng)的連接，將靜態(tài)電流降至驚人的15nA（BQ25180）。這意味著即使存放一年，電池電量損耗也不足0.5%，遠優(yōu)于傳統(tǒng)方案的3-5%月自放電率。在2023年北美市場的對比測試中，采用該技術的藍牙耳機在倉儲6個月后，開箱剩余電量仍保持出廠標稱的98.2%。
智能喚醒電路則確保設備隨時可用。當檢測到適配器插入或用戶按鍵時，芯片能在20ms內(nèi)完成從運輸模式到正常工作模式的切換，完全消除傳統(tǒng)方案中需要手動復位的問題。某國際品牌TWS耳機采用此技術后，客戶投訴率下降了72%。
可編程預充電策略進一步優(yōu)化了倉儲體驗。通過I2C接口，系統(tǒng)可以設置不同的倉儲電壓閾值（如3.6V-4.0V可調(diào)），在保證電池健康度的同時最大化可用電量。TI提供的測試數(shù)據(jù)顯示，將倉儲電壓設置在3.8V可使鋰電池循環(huán)壽命延長30%以上。
圖 2. 較低的 ITERM 帶來的額外容量
3. 系統(tǒng)可靠性的革命性提升
電源路徑技術在系統(tǒng)穩(wěn)定性方面展現(xiàn)出獨特價值。以看門狗復位功能為例，BQ25180集成的硬件復位序列包含三個關鍵階段：
第一階段是故障檢測，當持續(xù)15秒未收到I2C通信或用戶長按復位鍵時，芯片自動觸發(fā)保護機制。第二階段是徹底斷電，系統(tǒng)與電池/適配器完全隔離，持續(xù)時間可通過電阻配置（100ms-10s可調(diào)）。第三階段是智能重啟，芯片會監(jiān)測輸入電壓穩(wěn)定性，確保系統(tǒng)在最佳條件下重新初始化。
在實際應用中，該功能使某智能手表方案的死機恢復成功率從85%提升至99.9%。更值得關注的是，TI的方案無需外置負載開關，僅需0.1mm2的芯片面積就實現(xiàn)了傳統(tǒng)方案需要3個分立器件才能完成的功能。
對于電池健康管理，電源路徑技術提供了動態(tài)調(diào)節(jié)充電參數(shù)的能力。BQ25620支持根據(jù)電池溫度、循環(huán)次數(shù)等參數(shù)，自動優(yōu)化充電曲線。在45°C高溫環(huán)境下，芯片會將充電電流自動降至標稱值的70%，同時將終止電壓從4.2V調(diào)整至4.1V，有效緩解電池衰減。長期跟蹤數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)過500次循環(huán)后，采用該技術的電池容量保持率仍達92%，比普通方案高出15個百分點。
圖 3. 鋰離子電池容量與充電循環(huán)數(shù)量之間的關系
4. 典型應用場景與實測數(shù)據(jù)
在智能手機領域，TI的電源路徑技術解決了三大痛點：
邊充邊玩時的過熱問題：通過補充模式將主板溫度降低8-12°C
快充兼容性：支持QC4+/PD3.0等多種協(xié)議自動切換
電池壽命：經(jīng)過2年模擬使用后容量保持率仍超85%
電動工具應用則受益于：
低溫環(huán)境（-20°C）下的安全充電
瞬時大電流（10A+）的穩(wěn)定供給
電池組均衡管理，將單體差異控制在±10mV以內(nèi)
醫(yī)療設備領域的關鍵突破包括：
運輸模式下5年超長待機
10μV級別的充電噪聲控制
符合IEC60601-1-2的EMC標準
結語：
德州儀器的電源路徑充電技術代表著電池管理領域的范式轉變。從精準的電流控制到智能的功率分配，從超低的倉儲損耗到可靠的系統(tǒng)保護，這一系列創(chuàng)新正在重新定義移動設備的能源體驗。隨著BQ25620等新一代產(chǎn)品的量產(chǎn)，我們有理由相信，電源路徑技術將成為未來五年便攜式電子產(chǎn)品的標準配置，為消費者帶來更持久、更安全的使用體驗。
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