不僅是便攜式娛樂設(shè)備和手持產(chǎn)品采用電池供電應(yīng)用,，此類應(yīng)用在綠色產(chǎn)品中也有用武之地，例如光伏（PhotoVoltaic,PV）應(yīng)用和電動車（ElectricalVehicle,EV）等,。除了安全性,、成本和尺寸外,，將電池的運(yùn)行時間最大化并延長其使用壽命，對于電池供電應(yīng)用的系統(tǒng)設(shè)計來說也是極其重要的,。隨著用于驅(qū)動便攜式應(yīng)用的電池技術(shù)不斷增多,，需要選擇合適的方法來對可充電電池進(jìn)行放電和充電。本文首先回顧適用于便攜式應(yīng)用的一般電池策略,，然后將討論采用當(dāng)今集成解決方案的電源管理和電池管理電路設(shè)計,。
 
主要的電池技術(shù)

電池技術(shù)可簡單地分為兩類：不可充電型和可充電型。不可充電電池在使用一次后即廢棄,，稱為一次性電池,。堿性電池是最常見的家用一次性電池。市面上也有堿性可充電電池,，但不在本文的討論范圍內(nèi),。典型堿性電池具有大約1.5V至1.65V的浮動電壓，標(biāo)稱電壓為1.2V,壽命結(jié)束時的電壓為大約0.9V.單節(jié)堿性電池壽命結(jié)束時的電壓可低至0.7V-0.8V,具體取決于負(fù)載電流,。表1展示了一些常見的堿性電池配置,。某些應(yīng)用可采用多種配置，具體取決于產(chǎn)品外形,、系統(tǒng)要求,、可用解決方案和功耗預(yù)算。
 
例如,，某種無線光電鼠標(biāo)解決方案的工作電壓范圍是1.8V至3.2V.該鼠標(biāo)使用2節(jié)串聯(lián)配置的堿性電池便可正常工作,，無需附加穩(wěn)壓電源。如果需要極其緊湊的鼠標(biāo)設(shè)計,，則2節(jié)AA/AAA堿性電池可能不適用,。在這種情況下，可使用單節(jié)AA/AAA堿性電池來減少所占空間,，但需要用升壓轉(zhuǎn)換器將電壓升至1.8V,。

表1：堿性電池配置的比較

 
可充電電池被認(rèn)為是二次電池，每次使用后都可將電量盡可能恢復(fù)到原始狀態(tài),，直至電池壽命結(jié)束,。本文將以鋰離子電池（Li-Ion）、鋰聚合物電池（Li-Poly）和鎳氫電池（NiMH）為例進(jìn)行說明,。鎳氫電池是很好的堿性電池替代品,，因為其外形和工作電壓范圍與堿性電池類似。傳統(tǒng)鎳氫電池的一個缺點(diǎn)是自放電率高（每月約20%,如表2所示）,，但有一家領(lǐng)先的電池制造商已克服了這一難關(guān),，其推出的鎳氫電池系列在生產(chǎn)12個月后仍可保持至少85%的電容量?；謴?fù)鎳氫電池的電量有簡單且低成本的解決方案,，但采用雙重截止充電方法（通過充電電流和工作環(huán)境來指定）的嵌入式充電器將獲得最優(yōu)性能,。雙重截止充電方法結(jié)合了溫度隨時間升高和電壓隨時間降低（或不變）的特性。
 
表2：電池化學(xué)性能的比較

 
鋰離子電池目前被認(rèn)為是成熟的電池技術(shù),，已廣泛應(yīng)用于移動電話和汽車等領(lǐng)域,，因為與十年前相比，其生產(chǎn)成本更低且性能更好,。在設(shè)計多節(jié)電池系統(tǒng)時,，單節(jié)標(biāo)稱電壓為3.6V的電池具有巨大優(yōu)勢，可減少2/3的電池節(jié)數(shù),。鋰離子電池在質(zhì)量和體積上的高能量密度使其適用于多種便攜式應(yīng)用,，例如個人媒體播放器或無線藍(lán)牙（Bluetooth）耳機(jī)。但是,，需要提供保護(hù)電路,，以將鋰離子電池可能導(dǎo)致的危險（例如過充或過熱）降至最低限度。鋰離子電池的使用壽命相對較長（可充電500-1,000次）,，如果每天都對電池充電,，在至12年后才需要更換。設(shè)計合理的鋰離子電池電源管理系統(tǒng)將延長電池使用壽命,，并提高整個系統(tǒng)的可靠性,。
 
電池供電應(yīng)用中的集成電路

除了系統(tǒng)的主芯片組（如果含有的話）外，現(xiàn)代電池系統(tǒng)設(shè)計通常至少含有以下集成電路（integrated circuit,IC）中的一種：
 
1. 電源管理單元（Power Management Unit,PMU）
2. 單片機(jī)單元（Microcontroller Unit,MCU）
3. 電池管理單元（Battery Management Unit,BMU）
 
本部分將討論這些IC以及如何選擇適當(dāng)拓?fù)湟匝娱L電池運(yùn)行時間并達(dá)到設(shè)計目標(biāo),。
 
PMU在系統(tǒng)中提供調(diào)節(jié)后的電壓或電流,。某些穩(wěn)壓功能集成在主芯片組內(nèi)。但是,，由于布線復(fù)雜性,、EMI問題和性能不足（包括電源輸出通道數(shù)不夠或負(fù)載能力不足等），仍需要單片式轉(zhuǎn)換器,。單片式電壓轉(zhuǎn)換器可提供單個或多個輸出,。
 
電池供電應(yīng)用常用的功率調(diào)節(jié)拓?fù)浒ǖ幌抻诰€性穩(wěn)壓器,、開關(guān)電容穩(wěn)壓器和電感開關(guān)穩(wěn)壓器,。所有這些拓?fù)涞墓δ芏际且粯拥模丛谠O(shè)計的電流范圍內(nèi)對輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓（如直流-直流轉(zhuǎn)換器）,，或在指定的電壓范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電流（如LED驅(qū)動器）,。每種拓?fù)淇赡芏夹枰獑为?dú)一篇文章來進(jìn)行介紹。本文重點(diǎn)介紹電源管理設(shè)計的基礎(chǔ)知識,。
 
在選擇穩(wěn)壓器時,，很容易想到低壓差穩(wěn)壓器（Low Dropout Regulator,LDO）。LDO的EMI問題最少,，并且需要的外部元件數(shù)通常也最少,。
 
POUT = VOUT x IOUT 公式1
PIN = VIN x （IOUT + IQ） 公式2
η = POUT / PIN = VOUT x IOUT / VIN x （IOUT + IQ） 公式3
IQ 《 IOUT時,，
η = VOUT / VIN 公式4
 
圖1演示了LDO的效率。如果輸出電流遠(yuǎn)大于靜態(tài)電流（IQ）,，則可以忽略IQ.對于線性電路,，輸入電流等于輸出電流與靜態(tài)電流之和。因此,，效率可簡化為輸出電壓除以輸入電壓,，如公式4所示。在電池供電設(shè)計中,，IQ非常重要,，因為待機(jī)時間將決定更換一次性電池的頻率或?qū)Χ坞姵剡M(jìn)行充電的頻率。延長待機(jī)時間的方法之一是選擇低IQ器件,。