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手機(jī)充電管理設(shè)計(jì)關(guān)鍵及主流方案分析

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1346次  |  2019年11月12日  

雖然目前市面上的手機(jī)品牌眾多,但其充電回路大致相同,都采用基于pMOS的充電電路。使用pMOS時(shí)易于以較低電壓控制其開(kāi)關(guān),而手機(jī)主板上電壓多為3V左右,因此能輕松實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)控制。另外,MOS管是電壓型控制器件,相對(duì)三極管而言,功耗也小很多。


常見(jiàn)的手機(jī)充電電路可分為如下三種:


1、pMOS+肖特基二極管:MTK和展訊平臺(tái)采用此種方式。pMOS控制充電的開(kāi)關(guān)和充電電流的大小,肖特基二極管防止電池通過(guò)pMOS的內(nèi)部寄生二極管倒灌電流,且正向?qū)〞r(shí)其正向壓降相對(duì)普通二極管要小。


推薦產(chǎn)品:BF9024SpD-M(8pin)、BF9024SpD-MS(6pin):主要參數(shù)請(qǐng)參考表一。


表一.BF9024SpD系列主要參數(shù)


圖一。pMOS+二極管


圖二。分離pMOS和二極管


雖然目前市面上的手機(jī)品牌眾多,但其充電回路大致相同,都采用基于pMOS的充電電路。使用pMOS時(shí)易于以較低電壓控制其開(kāi)關(guān),而手機(jī)主板上電壓多為3V左右,因此能輕松實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)控制。另外,MOS管是電壓型控制器件,相對(duì)三極管而言,功耗也小很多。


常見(jiàn)的手機(jī)充電電路可分為如下三種:


1、pMOS+肖特基二極管:MTK和展訊平臺(tái)采用此種方式。pMOS控制充電的開(kāi)關(guān)和充電電流的大小,肖特基二極管防止電池通過(guò)pMOS的內(nèi)部寄生二極管倒灌電流,且正向?qū)〞r(shí)其正向壓降相對(duì)普通二極管要小。


推薦產(chǎn)品:BF9024SpD-M(8pin)、BF9024SpD-MS(6pin):主要參數(shù)請(qǐng)參考表一。


表一.BF9024SpD系列主要參數(shù)


圖一。pMOS+二極管


圖二。分離pMOS和二極管


BF9024SpD-M(8pin)、BF9024SpD-MS(6pin)是針對(duì)此應(yīng)用的功率器件,如圖一。為減少長(zhǎng)時(shí)間充電時(shí)MOS發(fā)熱,比亞迪微電子在封裝上將其底部散熱片外露,以便更好散熱。不要小瞧此散熱片,它不僅能提高充電時(shí)散熱效率,有助于提高產(chǎn)品可靠性,而且能使電池充電更充分。因?yàn)镸OS內(nèi)阻是正溫度系數(shù),即溫度越高時(shí),其內(nèi)阻越大,在50℃時(shí),溫度每上升10℃,其內(nèi)阻會(huì)上升約5%,有此散熱片可加速器件散熱,使其內(nèi)阻上升控制在3%以下,在充電時(shí)可使電池充電電壓比同類(lèi)產(chǎn)品高出約50mV。


我們記錄了BF9024SpD-M在MTK6223平臺(tái)上應(yīng)用時(shí),電池電壓從2.8V充至穩(wěn)定的4.185V時(shí)的2000多個(gè)數(shù)據(jù),從約60mA的預(yù)充電電流到恒流充電的550mA電流,再到充滿時(shí)約50mA的脈沖電流的整個(gè)過(guò)程中,監(jiān)控的電池電壓最終穩(wěn)定在4.185~4.195之間,請(qǐng)參考圖三;當(dāng)用USB端口充電時(shí),滿充時(shí)電池電壓穩(wěn)定在4.188V,請(qǐng)參考圖四。整個(gè)充電過(guò)程中,電池滿充電壓一致性非常好,且整個(gè)充電曲線一致性也非常好。


圖三。BF9024SpD-M應(yīng)用于MTK6223平臺(tái)充電曲線—適配器充電


圖四。BF9024SpD-M應(yīng)用于MTK6223平臺(tái)充電曲線—USB端口充電


由于BF9024SpD-M與BF9024SpD-MS底部散熱片與pMOS的漏極(D極)、肖特基二極管的負(fù)極(K極)相連,在設(shè)計(jì)時(shí)不能作為GND或與其它信號(hào)線相連。請(qǐng)?jiān)趐CBLayout時(shí),注意其底部不要有接地pAD或其它信號(hào)走線,對(duì)應(yīng)Layout,請(qǐng)參考下圖五、六。


此兩產(chǎn)品已被展訊平臺(tái)認(rèn)證,您可參考展訊的原始參考設(shè)計(jì)BOM。


圖五。BF9024SpD-MLayout參考


圖六。BF9024SpD-MSLayout參考


在低成本應(yīng)用中,可使用分離的MOS管和肖特基二極管來(lái)代替集成器件,如圖二。BF92301p的小封裝能滿足您此類(lèi)設(shè)計(jì)需求,其主要參數(shù)請(qǐng)參考表二。


2、pMOS+pMOS:TI和部分MTK平臺(tái)、雙電池平臺(tái)中采用這種方式。此種應(yīng)用是pMOS+肖特基二極管應(yīng)用的改良。在pMOS+肖特基二極管應(yīng)用的充電回路中,肖特基二極管因持續(xù)導(dǎo)通會(huì)占用0.4V以上的壓降,而將肖特基二極管換為pMOS管后,因MOS的導(dǎo)通內(nèi)阻非常小,壓降可大幅降低,從而保證USB端口或外接5V基準(zhǔn)電壓在經(jīng)充電回路損耗后仍能有足夠高于單節(jié)鋰電充電所需電壓。


推薦產(chǎn)品:BF9024DpD-MS,主要參數(shù),請(qǐng)參考表二。


隨著手機(jī)主板越來(lái)越小,手機(jī)功能越來(lái)越多,人們希望手機(jī)或數(shù)碼產(chǎn)品一次充電后能使用更長(zhǎng)的時(shí)間。在此需求下,衍生出了雙電池的應(yīng)用。雙pMOS在雙電池的應(yīng)用中能很好的利用其極低的導(dǎo)通壓降和電流單流向易控性來(lái)實(shí)現(xiàn)。


3、pNp管+pMOS:Qualcomm平臺(tái)幾乎都是采用這種方式。pNp管用于控制充電的開(kāi)關(guān)和充電電流的大小,pMOS則作為開(kāi)關(guān)元件實(shí)現(xiàn)充電回路的連通和切斷。


推薦產(chǎn)品:BF92301p,主要參數(shù),請(qǐng)參考表二。


表二。BF92301p和BF9024DpD-MS主要參數(shù)


在各平臺(tái)供應(yīng)商產(chǎn)品不斷更新下,手機(jī)充電管理應(yīng)用中,pMOS+肖特基二極管的外部電路始終是最簡(jiǎn)潔、可靠的選擇之一。從展訊的6600L到6600L6、6600L7、6610K,一直采用此方式作為充電設(shè)計(jì)。至于聯(lián)發(fā)科目前極力推廣的新平臺(tái)MTK6253,除其本身含有的電源管理部分外,在其外部電路中將過(guò)壓保護(hù)(OVp)、恒流等功能集中在一起,形成二次保護(hù)。當(dāng)然,這種做法,在聯(lián)發(fā)科早期的設(shè)計(jì)中也出現(xiàn)過(guò),即采用pMIC(powerManagementIC)來(lái)專門(mén)處理電源部分。但隨著應(yīng)用技術(shù)的成熟,手機(jī)適配器的輸出接口統(tǒng)一,其輸出電壓(5V±5%)能做到和標(biāo)準(zhǔn)USB接口完全一致,一些有研發(fā)實(shí)力的設(shè)計(jì)公司已經(jīng)將pMOS+肖特基二極管應(yīng)用到MTK6253平臺(tái)上,只不過(guò)在外部電源輸入部分再加一穩(wěn)壓二極管,從而極大的節(jié)約電源管理部分成本。


本文小結(jié)


常見(jiàn)充電電路中,pMOS是應(yīng)用中關(guān)鍵器件,其品質(zhì)、性能直接影響充電發(fā)熱量及充電時(shí)間長(zhǎng)短。比亞迪微電子的MOS產(chǎn)品,經(jīng)歷多年市場(chǎng)的錘煉,無(wú)論產(chǎn)品品質(zhì)、價(jià)格、交期及產(chǎn)品技術(shù)支持,都得到良好提升。


鉅大鋰電,22年專注鋰電池定制

鉅大核心技術(shù)能力

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