今日許多具備嵌入式單顆鋰離子/聚合物電池的可攜式應用，都要求必須擁有良好功能、小尺寸、優良的性價比以及供電彈性，同時能以最少、最簡單的元件與方式提供上述優點。
尤其現代可攜式設備的功能，均以令人驚訝的速度擴展，因此若能將單顆鋰電池充電器所需的所有功能納入其中，同時毋須耗費電路設計人員太多心力，將讓設計者更能將心思集中在設計本身上。
目前市場上已出現整合式電池充電器IC(圖1)，且專為直流電源(DC)或達7.5伏特輸入電壓之通用序列匯流排(USB)埠而設計，只需一顆外部零件便能提供完整功能，亦可針對4.2或4.375伏特之鋰離子/聚合物電池進行電池調節，當從交流電源(AC)轉接器或USB埠充電時，電池充電電流可透過外部電阻設定至300毫安培。另外，其電池充電狀態亦針對錯誤狀態受到持續地監測。由於在過壓、短路或者過溫度之失敗情況時元件將自動關機，因而能在充電中保護充電元件、控制系統和電池。同時也提供監控輸出針腳，透過直接驅動外部發光二極體(LED)顯示電池充電狀態，其保護功能方塊圖如圖2。
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| 圖1 高整合式充電IC典型架構圖 |
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| 圖2 功能方塊圖 |
這類整合式充電IC多半採無鉛設計且強化散熱效能，並可在-40～85℃溫度內操作。應用如藍牙(Bluetooth)或泛歐式數位無線電話系統(DECT)耳機、數位相機、MP3或可攜式多媒體播放器(PMP)、腕錶或其他鋰離子/聚合物電池供電裝置。
電池充電不可小覷 整合式IC力破瓶頸
整合式充電IC在充電操作多半具有四個基本電池充電模式：預充/細流充電(Trickle Charge)、定電流/快速充電、定電壓及充電中止，詳加介紹如下。
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充電開始前，充電IC將事先檢查以確保安全充電環境：輸入供應須高於最小操作電壓、或欠壓鎖住(UVLO)門檻，以使充電定序得以開始進行。當這些情況均符合條件需求，且電池亦連接至BAT接腳時，該元件將檢查電池狀態。
若電池電壓低於預充電壓門檻，充電控制將開始預充電池。電池預充的細流充電電流，等於快速充電定電流除以10。電池預充為安全預防措施，以使電池進行深度放電，且在橫跨於元件的電壓位於最高電位時，有助限制傳輸電晶體的功耗。恆定電流充電電池預充將持續至BAT接腳上的電壓超過預充電壓門檻。此時，元件將開始定電流充電階段。此充電定電流振幅可由使用者透過電阻設定。充電IC將維持於定電流充電模式，直到電池達到電壓穩壓點。 |
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在定電流快速充電階段期間，當電池電壓到達輸出充電穩壓門檻時，系統將轉換至定電壓充電模式。此穩壓電壓位準多半是由原廠設定，隨著充電中的電池達到其最大容量，在定電壓模式下的充電電流將隨之下降。 |
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定電壓模式下，當充電電流降至預設快速充電電流位準的10%時，充電IC將終止充電並休眠。充電器將保持休眠直到電池電壓降至電池再充電壓之位準下。休眠時，充電IC可將電池耗電量減到最小。此特點對輸入供應位準可能降至電池充電或欠壓鎖住水準之下的應用尤其有用。當輸入電壓下降時，元件將進入睡眠狀態，並在輸入供應正常後自動充電。 |
除了充電議題之，整合充電IC也須考慮熱的問題。無論是設計電路板布局，以及在給定應用設計中靠近生熱元件的充電器IC封裝配置，都應善加考量，因充電器IC附近的環境溫度對電池充電應用的熱限制也會具有影響。
針對給定環境溫度，其最大限制估算方式如下：
首先，給定狀況的最大功耗應計算為：
PD(MAX)為最大功耗(W)，
為封裝熱阻抗(℃/W)，TJ(MAX)為元件最高接面溫度，TA為環境溫度。
接著，功耗可由以下公式計算：
PD為元件總功耗，VIN為輸入電壓，VBAT為BAT接腳的電池電壓，ICH為針對應用設定的恆定充電電流，IOP為一般情況下充電IC所消耗的靜態電流。
透過代換可得出在達到終端限制狀態前(熱循環)的最大充電電流，此最大充電電流是設計電池充電器應用的關鍵因素。
當電池電壓充電達到預充電壓門檻時，最差的情況是橫跨充電器IC之最大壓降。
過壓保護不可忽視 保護電路為關鍵
過壓是指BAT接腳上的電壓超出最大電池充電電壓，多由過壓保護(OVP)門檻所設定。如果過壓情況發生，將須要關閉元件，直到BAT接腳上的電壓低於過壓保護電壓位準，且過壓狀況排除後，整合充電IC才會恢復正常充電。
另外，若內部晶粒溫度超出預設門檻，充電功能亦將關閉，直至溫度降至熱限以下才會恢復原充電狀態。
至於恆定電流充電位準，可透過設置於電流設定(ISET)接腳和接地間的設定電阻設定。快速充電的精準性及預充細流充電電流，則由所使用的設定電阻的誤差控制。1%誤差的金屬薄膜電阻多針對設定電阻功能使用。一般快速充電定電流位準範圍為15～300毫安培。
從上可知，目前整合式充電IC多期望以隨插即用的型式，提供電池充電器完整功能，並只需一顆外部元件即可進行完整操作。其他在性價比、尺寸與適用範圍上，要求也都逐漸提升。
(本文作者任職於AnalogicTech)