电池管理 - 电池充电原理及其规格说明
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各位下午好 我是张 是东莞的 FAE 那这边主要负责的客户是一些消费类 然后是手持设备的一些东西 所以今天跟大家就是聊一些充电 IC 里面的一些干货 就说充电 IC 里面有哪些功能 然后充电 IC 为什么称之为这个 IC 而不是一个 DC/DC 它跟 DC/DC 的一些区别 然后还有一个就是说 我们充电 IC 里面的一些规格 那些参数是很重要的 我们通过这个 slide 来给大家一些做一些分享一些介绍 就这个是我们的一个目录 大家可以看一下 我们这边可能会分三个地方来看一下 就是一个充电 IC 基本的一个系统的框架 然后一些功能 那主要是讲要一个就是系统 我们的充电 IC 的系统里面它有五个环路 那这五个环路里面就包括了 最基础的一个充电电压 充电电流的一个环路的一个配置 那还有一个就是包括我们 TI 特有的一个 就是输入电压的电流的一个功能的检测 那除此之外 还有刚才有那个下面的那个兄弟问到的是说 就是我们当那个充电出现过温的时候那怎么处理 那充电 IC 它会给这个最基本的一个功能 给出一个最基本的一个范围 是说大于比如说 50 度或者是小于零度 那这个时候我充电 IC 如果判断它现在处于这个状态下 我就不会进行充电 那可能我基本上可能再简单介绍一下 就是那个电压计那边 它会给我们一个参考值 然后让我们来去做 那具体谁来做的话 是说就是我们实施 它只是来建议一个值这样一个配合的一个功能 回到这一块 我们可以看一下 我们可以看一下 就是充电 IC 里面那主要是讲的 就是里面有五个环路 那是那个输入电压、电流 然后充电的电压、电流 然后还有温度 那还有一些功能 就是还有一些 就是那个不同的充电 IC 的构架上面会有些功能 比如说像这个 Power Mux 就是这个固定管理 以及这个动态的工艺调整 可能刚才也介绍过这个就是跟我们的 2589X 这种快充的和动态工艺调整 这种可能后续再介绍一下 然后后面就是说还有关于这个充电参数的一些配置 和这个应用的一些参数 这个我们可能大概介绍一下 以后看这个书就可以着重看这一点 然后就可以选出你想要的东西 那也可以知道这个重要性能是什么样的 那最后就是对比一下我们跟竞品的一些长处和优势 那么往下 这个我们的充电 IC 这个应用很广泛 包括手机上包括这个就是平板上 包括像这种手持的设备就有包括很多地方都有 包括像这种手持的设备就有包括很多地方都有 那这个我们就概括一下 那这个东西就是说什么叫做充电 IC 它说充电 IC 它有几个点 就是说一定是说我们充电电流 我们分充电一般来说分两个阶段 那一个阶段是说恒流阶段那我们称之为 CC 阶段 然后还有一个恒压充电阶段 那就是 CV 阶段 那在这两个阶段里面 我们有两个核心的点 就是保证电流的控制要更精确 那保证第二个控制要更精确 那这个时候就需要我们的一般的 DC/DC 和充电 DC/DC 和充电 IC 的一些区别在哪里 这个是一个很简单的一个 DC/DC 的一个环路一个拓扑构架 那我们一般来说 我们都会选其中一个环来进行实施 环路保护了比如第一个是一个 比如说如果是一个电压环路的话 那我们就选其中的一个环 还要保证这个电压环路 当这个电压出现变化的时候 通过这个运放 然后调整这个点的电压 然后最后通过调整 PWM 的占空比来完成这个对于 通过调节 PWM 占空比来完成 电感电流的就单位时间内电感电流的一个控制 那从而通过这个环路通过一个负反馈的环路 来完成对这个充电电压的一个环路的一个控制 那么充电电流的环路控制它也是类似的 那只说我们把这个采样的电压信号 通过用合适的方式 比如说串电阻的方式进行变成电流信号 那通过这种电流信号跟阈值进行比较 那比较以后 然后最后产生一个控制电压 VC 然后最后产生一个控制电压 VC 跟那个叫做这个锯齿波信号进行比较 产生一个脉冲就那个一个脉冲信号 通过这个脉冲信号加在输出级上面 通过这个脉冲信号的改变的大小 可以改变这个单位时间内的占空比的电流值 那可以完成一个电压的一个控制 那一般的电压 那个一般的 DC/DC 它一般只有一个环路 那就是说一个单个的电压环路和电流环路 然后还有一些就是一个瞬态的响应 和一个输入的是单个的负载的一个输入 它只是完成一个这样一个简单的功能 对比一下我们一个基本的一个充电 IC 它能完成什么功能 它是把这个电压和电流环路 同时在这个地方进行一个结合 那结合以后它会出现这种情况 就是当这个电池就是当那个电池电压较低的时候 那电池电压低于这个 VBAT 就是电池电压低于这个电压的时候 那这条环路由于这个地方是比较低的 那这个地方也输出了低 那两个地方去通过电流源的 通过叠加的形式加在一起 那我们这边一般会在一个串一个二极管这种类似的东西 可以保证在这种情况下 这个环路是不进行工作的 最后不进行工作的 只是通过这个地方 因为我们在这个地方设置了电流 比如说是 2A 那你要保证通过这个地方要有 2A 这个地方采回来的电流也是 2A 通过这条环路来进行一个正常的一个工作 那在这种情况下 那当电池电压信号比较高的时候 我们通过采样这里的电压 跟我们的 VBAT 的这个电平进行比较 那比较以后我们这个整个环路 在这边这个地方的电压会逐渐升高 以至于高过它以后 那你把这个信号盖掉 盖掉以后然后这个 VC 电压 就再通过这个地方去调占空比 然后形成一个主流环路的一个控制 所以说在这个地方是我们通过了两个运放 然后采用了不同的电压电流 根据电压电流的信息 不同的信息来做一个不同的一个切换 所以说这个地方就是基本的一个充电 IC 是有一个这个恒压的控制 以及恒流的环路的一个控制 那这两个环路的控制之间 它是通过一个二极管串一个二极管在上面 然后就是说达到一个 就是如果这个电压比较低的时候 这个电压没有达到的时候 它就不进行工作 它就不进行工作 那如果是从这个电压比它高的时候那才进行工作 还是达到这种同时控制的一个效果 那还有就是那充电电压的一个控制 它对这个输出电压是有这个要求的 就是说这个充电电压的一个精度一定要足够的高 如果这个精度如果不是特别 就是 CD 的电压精度不是很高的话 那就可能导致这个地方的电池电压 可能出现过充和出现过充和过压的情况 那这种情况会降低电池的寿命 以及可能会出现潜在的一些安全问题 最后就是说电池可以变成一个那个 load 和 source 就是这个地方电流可能是这样进去也可能这样出来 那在这个时候它会对电流的一个动态响应会有些要求 这个可能后续再看一下 说完这个这两个环路的一个介绍 就基本功能这个介绍以后 就基本功能这个介绍以后 我们在我们的那个充电 IC 为了保证 就是针对于输入电压的一个输入电压的一个控制 那这个环路的主要目的是什么 就是就是我们可能之前刚才也提到过了 就是对于我们的那个是充电端口的 5V 电压的输出能力是不同的 那有些端口有些是 5V 有些端口是 5V500mA 比如 USB2.0 的 那我们现在就适配器的话也有不同的规格 有 5V1A 的，有 5V2A 的 那我们怎么去保证就是我们在充电 IC 在任何情况下 不去把前级的这个电流就拉出过载的这种情况 那我们就通过了一个就是采这个电压 我们这个采这个我们可以通过这个软件 我们可以自己通过那个限制输入端的电流 来达到一个同样的来减电流 来达到一个输入功率的输入电流的一个动态的一个调整 那举个例子就是 可以看一下我们这个环路的工作的状态 可以看一下我们这个环路的工作的状态 主要当这个电流是我们通过这个输入端进行采样的 那采样出来的电流信号 跟我们的这个信号跟参考信号进行对比 那当这个信号当这个电压比它电压比较高的时候 那这条环路就为高 那整个 control 它就起主导作用 那这个时候它通过 PWM 的控制 来降低这个后期的一个输出电流 那就是说通过相当于是这边的 VC 升高 然后把这个 duty cycle 减小 减小基本上是反向的一个逻辑 把这个 duty cycle 减小 减小以后就整个把这个输出的电流降低 那相当于从而就降低了这一点的一个输入的电流 它就通过采样输入 然后最后实施那么充电电流减小 然后最后实施那么充电电流减小 达到这样一个就是一个充满负反馈的一个过程 那这样就可以保证我们在输入电流 可以达到一个恒流的一个控制 那这个是一个就是输入电流的一个控制 那这个东西主要是用于这个 USB 的端口 和以及就是我们已经规定好的 比如说 USB 和那个 DCP 规定的默认的端口是这样来设计的 这个说完输入电流以后 这个环路又相对复杂一点 就是说对输入电压的一个限制 就是我们不仅限输入电流 还要限输入电压 那输入电压是怎么设计的 就当这个点的电压 就是我们适配器会出现 因为适配器本身是会有一个 就是那个就是恒压曲线的 那我们要保证就是说适配器的这点的电压 要不能低于一个阈值 就是前提如果适配器的电压如果低于阈值的话 可能会导致比如说这个 USB 端口 那可能会低于就被拉跑 或者是这个适配器出现过载的情况 那这个情况我们就可以通过软件来设置这个值 就是 VIN 这个计数器的参数 那我们的系统会充电 IC 会根据采样输入电压也是根据这个运放 当这个电压高于这个时候 充电 IC 高于这个时候它不进行工作 当它跟它差不多的时候 它才从通过这个地方来达到减电流的效果 最后完成一个限制住当前的电压的一个功能 那这个东西主要是用于那个充电 就是你的输入端的那个充电电流是未知的情况下 那我们去通过这种 CB 的这个就是 input Voltage 的 这种限压的方式来进行减电流 那最后主要是增加了那个最大的一个充电效率 你这个时候是把这个电压限在 比如说是一个 4.5V 或 4.6V 那这个时候是当前的适配器的功率 是可以完全通过这个电压环路 是可以完全通过这个电压环路 可以完全控制的 那现在是有达到一个比较好的一个工作状态 最后就是我们刚刚提到的 就是关于一个我们这个温度控制的一个环路 温度控制的一个环路 它是这样一个工作流程 它就说是我们采样 我们在这个 MOS 管上面的一个温度的控制 当这个 MOS 管就 MOS 管的结温 就是芯片内部的温度大于一定阈值以后 那我们就通过减小占空比的方式 来把这个输出电流减下去 输出电流被减小以后 输出的功率也是有所控制 从而通过这个方式 来完成一个发热的一个控制 那我们这边可以看到我的结温 这边有个图对比很明显 就是我们结温上升的时候 这个地方充电电流会逐渐出现影响 这个结温到达一定值以后 就出现这个环路电流就下来了 这种情况主要是应用于 就是在那个室温环境如果比较高的时候 那这种情况 然后我们的充电 IC 有温升自己有温升会比较高 电流比较大的情况下 那它就自己内部有个环路来降低这个东西 主要是保持这个充电电流能在可控的范围之内 这个地方主要是讲了一个传统的充电 IC 的一个拓扑结构 那传统的拓扑结构里面 就是说我们就是类似一个 DC/DC 是输入端 通过一个 DC/DC 一个 Buck 给这个电池进行供电 那当这个电池电压如果出现耗尽的情况下 这个地方没电的时候 这个系统是起不来的 因为这个电池是被它钳住的 钳住起不来以后 我必须要把这个电池给它充满电以后 系统才能工作 然后包括截止的时候 我也需要就是说 这个就是说在传统的结构上面 我们用一些办法来避免它让它进行 就是用传统的方法 就是说加一两个二极管的方式 可以让这个就是没有系统没有电的时候让它启动 那与此同时还有就是系统端和这端 我们把它电压进行分开 那就系统端充电的时候 你给它充电的时候可以不用给它 就是传统的方式是说 我们用分立的方式把这个系统 就是系统没有电的时候可以启机 然后通过二极管的方式把这个整个功率给隔开 整个功率是由这个地方来进行限制 但是这个地方就会存在一个问题 就是说当你适配器插入的时候和不插入的时候 你的系统电源上的电压是不一样的 那你针对于这个系统的耐压值的设计 那这个点 那你必须要至少耐到 Vin 端的端口电压 那你就不能只耐到这个电池端的一个电感的电压 如果我们为了把后级的电压 这个电路设计的更简洁或者是更安全一些 我们可以通过加这种 MOS 管的方式 我们可以通过这种外加 MOS 管的方式 把这个充电端口 把这个 Vin 端和 Vsys 端和电池端 这两个端口进行分开 那你分开以后充电是充电，对吧 系统端是系统端 系统端是系统端 系统就是这个电池没电的时候直接通过这边给它供电 这个东西我们就用小电流充电 它完全可以完全达到一个 独立的就是启机的一个效果 然后适配器相当于是对适配器的要求没有那么高 对适配器的要求就完全取决于 就是这个 DC/DC 的一个工艺的要求 就是这个 DC/DC 的一个工艺的要求 那之前的这个就是说需要这个 Vin 额外给它供电 与此同时还需要这个给它供电 这样就是如果你这个地方有可能会被适配器 如果供电能力比较比较弱的话 会把这个 Vin 会被拉低 拉低以后对适配器来说不是特别的好 通过了通过了这样 Pmax 这种的 至少是系统端如果出现有电流的时候 那直接通过电池这边给它进行供电 电压没有一个剧烈的一个跳变 所以对适配器来说不会有太大的影响 这个就是这个以前那个拓扑构架的一个东西 这个就叫做 NVDC 的充电 IC 那就是说在 NVDC 这个地方的电压 它不像以前有一个巨大的一个跳变 那有巨大跳变的时候 就是说这个时候就对系统的设计会有更高的要求 NVDC 主要是用于在就是单节电池充电 或者是单节电池充电上面来会比较多一些 或者是单节电池充电上面来会比较多一些 像那个旧笔记本上面可能会是 12V 的这个会多一些 笔记本上因为它现在有那种有 12V 就是那种三级的 12V 的电源 这个就是 12V 的系统电压供电 或者是你 charger 20V 进来以后 它也是 12V 电压供电 这就是 NVDC 的 如果我们退到刚才那种情况 就是笔记本上会遇到一种情况 就是有一种情况是这边是 12V 然后你插电进来的 以前的笔记本就是插电进来以后变成 20V 那相当于你系统所有的那样的器件耐压要求一定是 20V 的 就不是 12V 的选择 这个对于后级器件那个选择的那个要求更严格一些 成本相对来说会更高一些 所以 NVDC 有 NVDC 的好处 可能就是对于单节电池 比如说手持设备这种话 比如说手持设备这种话 用 NVDC 会更方便 用 NVDC 会更方便 下面我们就来看一下 我们那个充电 IC 的一些参数的一些选择 就我们可以根据我们输入电压和控制接口 我们这个充电 IC 的一些结构 有传统的就是之前说的串一两个二极管的 它的 NVDC 就是电池跟系统连在一起的 Turbo Boost 是这样 是在这种传统结构上面加一个 就是我插进适配器是 20V 就是我插进适配器是 20V 那当电池没有电的时候 当这个系统有个大的负载的时候 需要一个 20V 很高的负载 那我把这个充电 IC 从 12V Boost 到 20V 然后给它充电 它是另外一种拓扑构架 这个有兴趣的话可以看一下我们的 TPS24725 这种芯片 带 Turbo Boost 带 Turbo Boost 然后这个上面就是用充电 IC 的结构和充电 IC 这个选择 就是说你是集成方案还是分立方案 各有各的好处 集成方案的话就是就比较小，面积比较小 分离方案就是说效率会高一些 你可以选择器件 总的构架来讲 目前现在拓扑结构都是一个 buck 的构架 那就电压电流的一个选择 就会有三个选择 就会有三个选择 系统电压的一个要求 然后化学特性的选择 用 TI 会根据不同的那个电池的化学特性 会有不同的充电 IC 的类型 你比如说我们现在一般讲的都是锂电池 那锂电池就是针对锂电池的电压以及不同可以进行选择 那我们也有一些铅酸的 那这上面的充电会有些不太一样 至少还有一个充电的温度的把握 那包括一般温度保护就是一个过温过热 这个温度比较简单一点 就举个例子 比如说是零度以下或者是 50 度以上 那这个就直接不充 那比如说在零度和 50 度之间会有一些细的要求 比如说零度到十度和 40 度到 50 度之间的细的要求 这是一个阶段的标准 充电 IC 硬件上是满足这个其它的标准 这个可以就是根据不同的要求可以选不同的充电 IC 保护上面其实这个东西都会比较齐全 关键是比如说都有过压保护 然后什么输入限流保护 电池的过压保护 然后还有一个就是带不带 OTG 功能 带 OTG 就表示说这个不仅能充电 还能通过电池对外从 USB 口对外放电 这个也是一个需要参考的点 那其它就是 OCP 和欠压这些都是一些基础的保护 这个可以看一下我们后面 最后还有一个封装的要求 封装上面的话就是 CSP 和 QFN CSP 的话就是我们总的来说 就是 CSP 的话 Rdson 上可以做的更小一些 那效率优化实际上是最好的 但 CSP 会存在一些就是焊接工艺上的一些要求 这个是一个区别 后面就是讲一下 我们如果要看一个这个充电 IC 这个规格书 就选哪几个点来看 首先是说怎么去选 那怎么去选的话 TI 是登陆我们的 TI.com 然后那个斜杠 charger.com 可以看到 然后那个斜杠 charger.com 可以看到 我们这边有些就是电池包的特性 然后充电结束 然后充电电压的一些限制 然后充电电流的一些要求 然后输入端的一些要求 然后如果你把这些信息全部特别讲讲得很详细的话 你就能选出一个比较相对来说 合适一点的充电 IC 还有一个就是说我们会针对这个充电 IC 有一些大量的一些简介 那就是说这个就是说 针对于比如同步的锂电池的 锂电池的锂聚合物的 Stand-Alone 的意思就是说 这个可以不需要 I2C 接口来进行控制 它可以自己不需要 MCU 来额外管理它 是这个意思 然后 charger 就这个是集成 MOS 的这个东西 然后 Power Path 就是说带这个功率管理 带这个功率管理之后 就是说它在一个在路径管理的话 那就是说电池和在没电的时候可以启机就这几个功能 EC Table 里面主要是要强调是说 EC Table 里面主要是要强调是说我们在测试条件下 我们测试环境是从 -40 度到 125 度的 那我们充电 IC 大部分来说 我们的模拟 IC 都是这个要求 它可能有些竞争对手会给到只给到 25 度的这种情况 25 度的情况可能会比那个好一些 但是我们一般的规格都会比较严 就会把这个值所有标的很全 就是如果标在这上面讲 如果没有特别说明 那就默认都是 -40 度到 125 度 这个范围是比较宽的来满足这个需求 最后就是这个规格书的第一页 这个是我们的一些 Feature 这些东西有哪些优势 可以看到 就是说可以看到 94% 效率 这一块你要单节多节 这个从第一页就可以看到 这边集成的一些功能 这个保护这个哪些都有 一般来说这个规格书上面都会去给你一个大概的例子 就是这个一般是用在哪里 然后还有一些封装的信息 这个可以大家主要是目录找一下 这些可能也是最需要的 然后这个关于这个测试条件的话 这个主要主要强调一下 就是一定要看清楚我们的一个测试条件 我们是 VBUS 这个相当于是已经是在工作的情况下 如果是其它家它就可能只到 5V 那我们是可能是标在 VBUS 工作 到那个 VBUS 过压的这个位置之下 这种条件下相当于更宽一些 那特别像这种 还有这个特别像这种 TI 的温度 那温度这个范围其实很多参数在不同的温度下 特别是高温情况下 这个漂移的话是会比较明显的 比如说就充电 IC 你肯定会不可避免地遇到温升的问题 当出现温升的时候这个参数会出现漂移 这个地方它有些只给了一个 25 度一个典型值 如果它这个进行漂移的话 你这个东西是比较难以估算的 其它就是一个就是一个效率的优化 效率的话其实选起来其实很简单 就是去选这个就是去看它这个 上下 MOS 管的 Rdson 是多大 上下 MOS 管的 Rdson 是多大 你可以做个简单的对比 是说我们那个 bq2419 的 X 系列 和 bq2589 的 X 系列就是快充的 IC 可以看到明显的这个 bq2419x 的下管 就是说 LS 的这个 FET 那是 32mΩ 89x 我们特别为了这个高压的充电做了优化 把 32mΩ 减到了 16mΩ 是因为我们在这个高压的情况下 我们下管的这个导通时间会更长一些 这个时候我们把这个下管做优化的效率有更高的提升 这也是一些比较比较重要的一个点 其实还有一些细节上的点 其实我们这边没有列出来 比如说是我们这个点的一个上升沿 不同情况下不同的充电器的上升沿也是不一样的 上升沿越高的话你上升沿越快的话效率就达到越高 但随之而然的会产生一些 EMI 的问题 就要看你上升沿到底是不是很好的 是很好的没有过充的 这个上升沿是对上升沿的控制是比较好的一个 就是也需要注意的一个点 这个地方就是说充电电压的一个精度的一个要求 举个例子这个可以看到 这是我默认这个充电电压的一个 4.2V 的一个限制 举个例子 如果把电压设在 4.1V 的话 它的说明这是这是它的充电次数 大家可以看到这个充电次数就在 4.2V 的时候 如果充电次数在 500 次的情况下 如果电压是只要高一点点 从 4.2V 跳到 4.5V 这个数据就直线下降 这个你说 4.3V 和 4.35V 只要高一点点它的寿命会下降的很厉害 那就是说我们对这个电压的要求精度的控制 因为这是充电 IC 自己选的时候精度的控制 这个地方是要求特别高的 如果这个精度比如说这个地方 如果别人精度其它地方可能看到只有1%或者2% 这个地方如果偏了2%的话 相当于是你的寿命就会差很多 你就会考虑你会在设计的时候会考虑 这个你要把这个 MIN 这个值要高于这个值 相当于是你的 就是如果你设计的时候一般会怎么去规避这个问题 一般就是我们选这个充电 4.2V 的这个 MIN 的值 所以这一点对吧 我把这一点就把充电电压设低一点 我把这个量不会超过 MAX 的值 我永远不超过它 永远不超过它不会出现过压的情况 这样的话就会感觉它流量变小 这个时候其实就是说对于你的精度 如果精度的百分比越精确的话 你这个容量就会更好 然后也不会出现这个保护的情况 也不会出现什么就是这个寿命的问题和安全问题 TI 在精度控制上面是做得比较好的是正负0.5% 这个地方可以强调 这个是一个充电电流的一个控制 充电电流的一个控制 就是说在不同电流下 充电时间的一个区别 主要是说根据你不同的充电电流 你可以去选这个截止的电压点 你这个地方是 CC 的时间 这个地方是 CV 的时间 CV 的时间主要是取决于 你的上面的一个就是整个充电通路 和我们充电这个 Pin 到你这个电池之间会有一些 Rdson 和电池里面的一些内阻 那这些这些值都要考虑 就在 CC、CV 的时候都会花你的时间 你这个时间如果特别短的话 这个值特别小的话 你的这个时间充电时间就可以继续减短 充电时间就会减短 充电时间就会减短 我们 TI 也会加一些什么安压补偿 还有一个办法更简单 还有一个办法就是我们 CSD charge 里面就是 25808D 它会加一个 Battary CS 一个 Pin 你这个 Pin 直接就可以伸到电池和电芯里面去 直接去采电芯的一个电压相对比较准的一个电压 这样产出来的电压比较准以后 你现在是把那个阻抗 它可以通过一些就是它输出的电可以把电压抬一点 然后这个相当于是电芯的值 我只要把这电芯电压不过压 我输出电压高一点其实没有关系 因为只要电芯是安全的 这个东西还是可以进行又安全又电流比较大的一个快充 从而这样可以减少一个那个 就是 CC、CV 的一个时间 这也是一个点 这个就主要讲了输入功率检测 我们还有一个硬件的一个 Pin 可以做输入电流检测 就是我们在那个比如说我们的 BQ24296 或者是 BQ25895 这种移动电源上面 你可以尝试试用这个 就是你如果不用软件配置的话 它默认情况下的限流值是是比较大的 它可能是 5V2A 或者是 5V1.5A 或者是 2A 你都可以通过这个硬件的 Pin 就不用那个不用 I2C 去操作它 有硬件的 Pin 来完成这个功能 有硬件的 Pin 来完成这个功能 硬件的 Pin 的话 我们可以根据这个采样的这个电阻 这边有个电流源去发一个电阻 电流源会给它进行供电 然后这个上面会产生一个电压 我们可以通过采这里的电压去跟它进行一个比较 然后从而达到跟输入电流进行比较 从而达到从硬件上控制输入电流的一个功能 最后就是说你软件出现有异常的时候 可以通过硬件的 Pin 来保证 这个限流是 OK 的是可靠的 这个限流是 OK 的是可靠的 这个只是一个也是多一层保护 然后还有一个就是我们这个软件上的一些限制 软件上的话就是这个东西对精度的要求 我们现在的设计是说比如说你软件上受到约束 USB2.0 比如 500mA 的时候 USB2.0 比如 500mA 的时候 我就把这个值完全硬件限制在 500 这个地方有些偏差 偏差的话我们也能保证 这个偏差就永远不会大于 500 至少保证就是我在是 500 的时候不会超过 500 这个地方是我们这边重新 就这个规格上面是专门 因为这个就是如果设 500 就永远不会超过 500 这样就不会导致出现适配器有可能会被拉低的情况 这个是输入的电压的功率检测 这个里面就是输入点的电压值 就这个输入的限压功能 限压功能我们可以通过软件就是这个 DPM 比如说有个很精细的一个输入电压的检测值 输入电压的这个电压可以通过 I2C 来进行配置 每一个 step 是个 80 个毫伏 相对来说这个 step 是比较精细的 你可以选很多档 比如 4.35 可以加大 比如加到 4.4 加到4.46、4.48 它就是比较精细的 就给你一个很容易选择一个电压值 那么你这个电压值主要是因为 这个电压值其实经验上讲 一般来说是一般要比电池电压高 一般 150mV 因为我们充电 IC 会在 会在电池电压高 120mV 的时候 就是低于 120mV 的时候 会认为它是进入 C Port 就认为这个输入电压太低了 现在无法工作 我们必须要就一般来说把这个电压点维持到 150mV 以上 就能保证充电 IC 能够正常工作 也能够保证把适配器的电压不会拉的太低 一般是这样 这个就是看你这个电池电压 和这个输入端的一个要求 其实也可以如果输出电压比较低的话 你也可以动态的去调整它 你也可以动态的去调整它 就比如说你在电池电压比较低的时候 你把这个电池电压拉低点 你把这个电池电压拉低点 如果适配器能承受的话 你看输入功率调低 就输入电压调低一点 这个保证更大的电流出来 电池量比较高的时候往上调 可以进行一个动态的调整操作 这个也是一个比较好的技巧 最后就是讲一下我们这个预充和温度的一个好处 是这样的就是在我们预充的时候 我们的系统电压就电池没有电的时候 或者电池电压比较低的时候 我们的系统要能保证 我们要保证这个系统要能工作的话 我们要保证这个系统要能工作的话 那么在适配器插上来要立马能工作的话 就举个例子 像手机你在电池完全放到没有电的情况下 像手机你在电池完全放到没有电的情况下 你要插上 至少看到这个手机能够有一个显示 说是在充电 用到这个功能的话 就需要这个里面有个 Power Path 这个管子 Q4 这个时候当我们插入的时候 我们的系统是工作在一个最低的系统工作电压点上面 这个电压点应该是 4.5V 你也可以通过这个软件适配器来进行调整 这个地方工作在 4.5V 这个地方这个 Q4 管子接通 就在这个时候要把这个 Vsys 的电压和 Battary 电压要分开 Q4 管子就工作在一个饱和区 就是这个可变电阻区 就变成了变成了类似 LDO 的一部分 就是一个通过这个地方就是给它进行一个充电 就是通过一个比较精确的限流的电流进行一个充电 这个时候就是既给它进行一个电流的充电 又能把这个系统构建 还是运输的时候我们可以调整运输的电流 那运输的时候 它这个时候是通过这一端来进行调节电流 通过这个调整这个板子电阻 来调节这个电流来进行充电 然后从而达到一个就是那个系统这边分开 然后同时又精确的控制预充的电流 这个地方是这个在充电 这个是充电 IC 里我们充电 IC 里面 会有一个当充电开启的时候 和充电截止就充电关开启和关闭的时候 我们的系统电压会比我们电池电压会高 如果充电开始的时候 相当于是我把那个 Q4 那个 MOS 管完全打开 充电电压就系统上的电压 就跟它是完全是一个固定值 这个完全是用 Rdson MOS 管直通过去的一个值 然后那个充电的电流是由 DC/DC 来进行控制 这个地方就是如果当出现这个系统 如果就是如果出现不充电 如果就是如果出现不充电 但是有适配器插上去的情况下 举个例子 充满这种情况下 充满这种情况下 我为了保证我的所有的电都是从适配器过来的 就是保证假设在系统端 如果有负载的情况下有负载跳变的情况下 我会时不时的去拉电池的情况 这个时候就用一个把这个系统的电压往上抬一点 就是当系统这样负载端就是手机端 比如说是有信号 就比如你打电话的时候那有一个大的负载 就是有大的负载来的时候 让我能保证这个系统上的电压 它的跌落就不会超过系统上的低落 如果是在正常的能力情况下 它就不会去用电池的电 而一直是用这个 5V 过来一个电 这样来完成一个操作 这个目的就是说就满足这个功能 然后这个电压一般默认的情况是 150 个毫伏 比这个电池电压高 从而可以达到的就是这个系统电压的一个维持 然后可以还有就是两个电压的维持 也是一个我们刚才说的 3.5V 一个是最高的这个 4.35V 电池电压加上 150mV 达到这样一个功能 最后对比一下就是说不同的充电 IC 这个其实可能大家更关心一点 就是对于这个输入端的电压的一些限制 就比如说像这个 BQ2419X 系列 那这个输入端的电压 这个我们推荐工作电压是 17V 那就表示说在 17V 以下 3.9V 以上 我们的充电 IC 都会正常的工作 就表示你只要插上这个电 它至少能够 DC/DC 是继续工作的 高于这个 17V 在这个地方可以看到我们这边有个绝对值 从 -2V 到 20V 这个意思是说在 -2V 到 20V 的这种条件下 我们充电 IC 在只要是插上这个电以后 它出现在这个情况下不会坏这个意思 但是举个例子 如果是 17V 不到 20V 这个之间的情况下 充电器会出现过压的情况 但是它是不会工作的 但是长时间处于这种情况 只是说保证不坏 但是它不会工作 这个地方可以对比下 就像 bq2429x 这个性价比会更高一点 那它对输入的电压的要求会更低一点 就这里边会只有 -2V 到 15V 也是比较比较高的一个范围 但是这个地方给你的一个要求 就说你设计的这个充电的这个系统 不管是你打浪涌或者什么 最好不要去超过这个绝对的电压值 如果你超过了这个绝对的电压值的话 那就可能对这个充电 IC 造成了影响造成一些损坏 如果你只要设计的系统 电压你只要一旦看到的在这里面之内 你随便怎么搞 它一般都不会出现问题 只要你搞清这一点就不会出现这种问题 所以最后一个就是这个地方 我们这个比如说 BQ2429X 它的这个保护点它也不一样 这个地方这个的保护这个过压保护是 17V 这个过压保护是 6.2V 下面是针对于 5V 的这个充电系统高于 6.2V 以后 这个就是过压 你可以得到这个过压的一个状态 最后就是我们的 2419x 是可以做到最终保护到 12V 的适配器 19x 就直接就可以接入到 12V 的充电器 12V 进来它可以直接充电 这个地方还有一个就是 Sleep Mode Sleep Mode 就是刚才我们讲了就是 如果当这个电池电压比较高的时候 输入电压又比较低的时候 这个时候其实就输入电压比电池电压低的时候 就比如说一些 VBUS 的电压就是 USB 端肯定只有 3V 那是那个电池电压肯定有 4V 那这种情况下充电 IC 是不工作的 充电 IC 就是通过这个点进行一个判断 它是不是高于 3.8V 是不是高于这个电池电压 如果这两个都判断为高的话 那这个整个内部的那个 LDO 才会启动 那个 LDO 启动以后 那整个的 DC/DC 它才会启动 这样一个模式 最后退出这个 Mode 的话 它也是通过就可以看到就是这个 REGN 是不是启动了 Q1 是不是导通了 其实我们可以通过判断这个充电器是不是启动 一般在 Debug 的时候可以看到 如果 REGN 是不是有 如果 REGN 有的话 至少这个芯片至少不是在这两个状态上 最后就是说那个 C port 的话情况下面 这个我们的静态功耗是比较小的 这个地方还有介绍一下 就是我们 REGN 的一个电压的范围值 默认这个都是比较常规的默认 正常 5V 充电的时候是 5V 5V 的时候是 4.8V 然后用 10V 的时候是 6V 最高时我们在 6V 这个东西 REGN 主要的工作 是给这个地方进行一个 boot 然后就是通过这个电容给它 进行一个自举的这个 Q2 的一个功能 还有一个功能就是给内部进行供电 与此同时那个 REGN 还有一个功能 是说 REGN 还要通过那个 我们内部的供电是通过这个 REGN 来完成的 还有一个就是对于温度 Pin 的一个控制 把这两个电压是一定要接在一起 这两个接在一起以后 如果它温度出现这个漂移 出现在温度发生进行变化的时候 它这两个是同时进行漂移的 最后它产生的比例 我们最后通过这个比例的比较的话 它的比例是在温度变化的时候是不受影响的 最后我们可以通过这个加一个 NTC 的方式 可以把这个点的电压的变化值 可以给一个很好的一个测出来 把这个值测出来以后 我们会在这上面这个阈值 那最后面一幅图可以看一下 就是我们在不同的域值的情况下 我们会进行充电 IC 的保护 比如说这个地方是零度的时候 就这个 NTC 的值如果是在 73.5 以下的时候 那这个时候零度完全不充电 那这个时候零度完全不充电 那这个是一个 45 度的时候 45 度以上我们进行也可以进行一些保护 可以进行完全说它不充电 是这样一个要求 在 OTG 的时候 在 OTG 输出的时候 这个地方是两档的一个保护 这个地方是有一个输出电压的一个更低的要求 还有一个在 OTG 的时候 这个是说就是在我们充电 IC 通过电池对外输出的时候 这个时候电池的要求没有充电那么严苛 它可以把温度放宽一点可以到 60 度 所以这个都是一些硬件的一些保护 就是软件上面可以不用再额外去设计 关于 OTG 的话 那有可能有几个保护功能就可以看出来 第一个是过压的 那这个很容易 然后还有一个是过流的一个保护 就是说我们这个下管的 如果出现电流过大的情况下的话 如果出现电流过大的情况下的话 现在势必会出现短路 这边出现短路和过流的情况下 我们这边 OTG 也能够合法的进行一个识别 是这样一个过程 就是说输出电压有差的时候 我们在这个地方是有一个 输入的电压电流的最大电流的一个限制 那限制以后就最后可以限制到它那个输出的功 最后它可以就是这个实现一个打嗝的模式 如果出现短路的情况是有打嗝 如果出现短路的情况是有打嗝 打嗝以后这个 VBUS 会在一定时间内重启 这样限制了对外的一个功率 最后就是一个这个是一个保护 是说我们在电池电压这边 如果系统端如果你在安装的过程中 或者是你在这个你在安装的过程中 或者是就是你在生产的过程中 如果电池已经透掉了 那系统在出现短路这种情况 那我们这边会有一个基本的保护 就是如果它电流出现过流的情况下的话 我们可以把这个 Q4 管给关断了 一般的关断的电流的话比较大会是 9A 还有一个就是 adapter OVP 这个是电压值 是我们在检测这个点的电压 有可能是其它地方过来的 就是或者是系统和那边过来 如果出现过压的话 我们也会出现一些我们会进行一些相应的保护 把 Q4 关断 最后就是说我们跟竞品的一个分析 就是说这个我们如果是把 Q4 管放在里面的 和放在外面的一些区别 放在外面有些最大的问题就是说 它这两个对 PCB 板的面积会大一些 还有就是这个机械会复杂一些 然后它一般来说是不能够精确地测量这个截止的点 因为你的系统端和充电端是连在一起的 节点的电流与系统端可能一直有电 这边也有基本有电 这两边电位是相加的 我只能算到一个总电流算不到分的 那这种情况像我们这个充电 IC 现在这个电流采样是在这里面的 那这边的电流是知道的 系统端有多少电流 是不影响到这个我充电的时候精度 就电流的精度可以保证可以充的很满 你要求这个 然后还有一个就是充电温度的一些检测 这个 IC 实际上是没有温度检测的 另外我们这个是带一些温度检测和 OTG 的 简单介绍一下 这个是一个 size 的对比 可以看到这个 size 的话 这个 size 的话 因为它有些效率的问题和发热的问题 它做不到很大 那我们这个可以做到很大 做到 2.5A 和 3A 同等的 size 它的功率做的更大的 可以达到的效果会更好一些 也不需要额外的一些 FET 这个还有一个就是成本的对比 成本对比上面可能就 BAT FET 的还有 Rsense 它本身是会花一些这个会需要一些 cost 这个东西如果整体加起来的话 它的性能还是会比较好一点 最后总结一下 就是说今天主要是介绍一下 就是电池充电的一个基本的环路 就不同的环路包括了电压、电流 然后输入的电压、输入电流 还有温度这些环路 然后还有包括这种就是我们这个路径管理 然后动态功率管理 然后还有充电的结构一些图 最后还有这些参数 我们只要先关注哪些参数 就是我们之前说的这些
各位下午好 我是张 是东莞的 FAE 那这边主要负责的客户是一些消费类 然后是手持设备的一些东西 所以今天跟大家就是聊一些充电 IC 里面的一些干货 就说充电 IC 里面有哪些功能 然后充电 IC 为什么称之为这个 IC 而不是一个 DC/DC 它跟 DC/DC 的一些区别 然后还有一个就是说 我们充电 IC 里面的一些规格 那些参数是很重要的 我们通过这个 slide 来给大家一些做一些分享一些介绍 就这个是我们的一个目录 大家可以看一下 我们这边可能会分三个地方来看一下 就是一个充电 IC 基本的一个系统的框架 然后一些功能 那主要是讲要一个就是系统 我们的充电 IC 的系统里面它有五个环路 那这五个环路里面就包括了 最基础的一个充电电压 充电电流的一个环路的一个配置 那还有一个就是包括我们 TI 特有的一个 就是输入电压的电流的一个功能的检测 那除此之外 还有刚才有那个下面的那个兄弟问到的是说 就是我们当那个充电出现过温的时候那怎么处理 那充电 IC 它会给这个最基本的一个功能 给出一个最基本的一个范围 是说大于比如说 50 度或者是小于零度 那这个时候我充电 IC 如果判断它现在处于这个状态下 我就不会进行充电 那可能我基本上可能再简单介绍一下 就是那个电压计那边 它会给我们一个参考值 然后让我们来去做 那具体谁来做的话 是说就是我们实施 它只是来建议一个值这样一个配合的一个功能 回到这一块 我们可以看一下 我们可以看一下 就是充电 IC 里面那主要是讲的 就是里面有五个环路 那是那个输入电压、电流 然后充电的电压、电流 然后还有温度 那还有一些功能 就是还有一些 就是那个不同的充电 IC 的构架上面会有些功能 比如说像这个 Power Mux 就是这个固定管理 以及这个动态的工艺调整 可能刚才也介绍过这个就是跟我们的 2589X 这种快充的和动态工艺调整 这种可能后续再介绍一下 然后后面就是说还有关于这个充电参数的一些配置 和这个应用的一些参数 这个我们可能大概介绍一下 以后看这个书就可以着重看这一点 然后就可以选出你想要的东西 那也可以知道这个重要性能是什么样的 那最后就是对比一下我们跟竞品的一些长处和优势 那么往下 这个我们的充电 IC 这个应用很广泛 包括手机上包括这个就是平板上 包括像这种手持的设备就有包括很多地方都有 包括像这种手持的设备就有包括很多地方都有 那这个我们就概括一下 那这个东西就是说什么叫做充电 IC 它说充电 IC 它有几个点 就是说一定是说我们充电电流 我们分充电一般来说分两个阶段 那一个阶段是说恒流阶段那我们称之为 CC 阶段 然后还有一个恒压充电阶段 那就是 CV 阶段 那在这两个阶段里面 我们有两个核心的点 就是保证电流的控制要更精确 那保证第二个控制要更精确 那这个时候就需要我们的一般的 DC/DC 和充电 DC/DC 和充电 IC 的一些区别在哪里 这个是一个很简单的一个 DC/DC 的一个环路一个拓扑构架 那我们一般来说 我们都会选其中一个环来进行实施 环路保护了比如第一个是一个 比如说如果是一个电压环路的话 那我们就选其中的一个环 还要保证这个电压环路 当这个电压出现变化的时候 通过这个运放 然后调整这个点的电压 然后最后通过调整 PWM 的占空比来完成这个对于 通过调节 PWM 占空比来完成 电感电流的就单位时间内电感电流的一个控制 那从而通过这个环路通过一个负反馈的环路 来完成对这个充电电压的一个环路的一个控制 那么充电电流的环路控制它也是类似的 那只说我们把这个采样的电压信号 通过用合适的方式 比如说串电阻的方式进行变成电流信号 那通过这种电流信号跟阈值进行比较 那比较以后 然后最后产生一个控制电压 VC 然后最后产生一个控制电压 VC 跟那个叫做这个锯齿波信号进行比较 产生一个脉冲就那个一个脉冲信号 通过这个脉冲信号加在输出级上面 通过这个脉冲信号的改变的大小 可以改变这个单位时间内的占空比的电流值 那可以完成一个电压的一个控制 那一般的电压 那个一般的 DC/DC 它一般只有一个环路 那就是说一个单个的电压环路和电流环路 然后还有一些就是一个瞬态的响应 和一个输入的是单个的负载的一个输入 它只是完成一个这样一个简单的功能 对比一下我们一个基本的一个充电 IC 它能完成什么功能 它是把这个电压和电流环路 同时在这个地方进行一个结合 那结合以后它会出现这种情况 就是当这个电池就是当那个电池电压较低的时候 那电池电压低于这个 VBAT 就是电池电压低于这个电压的时候 那这条环路由于这个地方是比较低的 那这个地方也输出了低 那两个地方去通过电流源的 通过叠加的形式加在一起 那我们这边一般会在一个串一个二极管这种类似的东西 可以保证在这种情况下 这个环路是不进行工作的 最后不进行工作的 只是通过这个地方 因为我们在这个地方设置了电流 比如说是 2A 那你要保证通过这个地方要有 2A 这个地方采回来的电流也是 2A 通过这条环路来进行一个正常的一个工作 那在这种情况下 那当电池电压信号比较高的时候 我们通过采样这里的电压 跟我们的 VBAT 的这个电平进行比较 那比较以后我们这个整个环路 在这边这个地方的电压会逐渐升高 以至于高过它以后 那你把这个信号盖掉 盖掉以后然后这个 VC 电压 就再通过这个地方去调占空比 然后形成一个主流环路的一个控制 所以说在这个地方是我们通过了两个运放 然后采用了不同的电压电流 根据电压电流的信息 不同的信息来做一个不同的一个切换 所以说这个地方就是基本的一个充电 IC 是有一个这个恒压的控制 以及恒流的环路的一个控制 那这两个环路的控制之间 它是通过一个二极管串一个二极管在上面 然后就是说达到一个 就是如果这个电压比较低的时候 这个电压没有达到的时候 它就不进行工作 它就不进行工作 那如果是从这个电压比它高的时候那才进行工作 还是达到这种同时控制的一个效果 那还有就是那充电电压的一个控制 它对这个输出电压是有这个要求的 就是说这个充电电压的一个精度一定要足够的高 如果这个精度如果不是特别 就是 CD 的电压精度不是很高的话 那就可能导致这个地方的电池电压 可能出现过充和出现过充和过压的情况 那这种情况会降低电池的寿命 以及可能会出现潜在的一些安全问题 最后就是说电池可以变成一个那个 load 和 source 就是这个地方电流可能是这样进去也可能这样出来 那在这个时候它会对电流的一个动态响应会有些要求 这个可能后续再看一下 说完这个这两个环路的一个介绍 就基本功能这个介绍以后 就基本功能这个介绍以后 我们在我们的那个充电 IC 为了保证 就是针对于输入电压的一个输入电压的一个控制 那这个环路的主要目的是什么 就是就是我们可能之前刚才也提到过了 就是对于我们的那个是充电端口的 5V 电压的输出能力是不同的 那有些端口有些是 5V 有些端口是 5V500mA 比如 USB2.0 的 那我们现在就适配器的话也有不同的规格 有 5V1A 的，有 5V2A 的 那我们怎么去保证就是我们在充电 IC 在任何情况下 不去把前级的这个电流就拉出过载的这种情况 那我们就通过了一个就是采这个电压 我们这个采这个我们可以通过这个软件 我们可以自己通过那个限制输入端的电流 来达到一个同样的来减电流 来达到一个输入功率的输入电流的一个动态的一个调整 那举个例子就是 可以看一下我们这个环路的工作的状态 可以看一下我们这个环路的工作的状态 主要当这个电流是我们通过这个输入端进行采样的 那采样出来的电流信号 跟我们的这个信号跟参考信号进行对比 那当这个信号当这个电压比它电压比较高的时候 那这条环路就为高 那整个 control 它就起主导作用 那这个时候它通过 PWM 的控制 来降低这个后期的一个输出电流 那就是说通过相当于是这边的 VC 升高 然后把这个 duty cycle 减小 减小基本上是反向的一个逻辑 把这个 duty cycle 减小 减小以后就整个把这个输出的电流降低 那相当于从而就降低了这一点的一个输入的电流 它就通过采样输入 然后最后实施那么充电电流减小 然后最后实施那么充电电流减小 达到这样一个就是一个充满负反馈的一个过程 那这样就可以保证我们在输入电流 可以达到一个恒流的一个控制 那这个是一个就是输入电流的一个控制 那这个东西主要是用于这个 USB 的端口 和以及就是我们已经规定好的 比如说 USB 和那个 DCP 规定的默认的端口是这样来设计的 这个说完输入电流以后 这个环路又相对复杂一点 就是说对输入电压的一个限制 就是我们不仅限输入电流 还要限输入电压 那输入电压是怎么设计的 就当这个点的电压 就是我们适配器会出现 因为适配器本身是会有一个 就是那个就是恒压曲线的 那我们要保证就是说适配器的这点的电压 要不能低于一个阈值 就是前提如果适配器的电压如果低于阈值的话 可能会导致比如说这个 USB 端口 那可能会低于就被拉跑 或者是这个适配器出现过载的情况 那这个情况我们就可以通过软件来设置这个值 就是 VIN 这个计数器的参数 那我们的系统会充电 IC 会根据采样输入电压也是根据这个运放 当这个电压高于这个时候 充电 IC 高于这个时候它不进行工作 当它跟它差不多的时候 它才从通过这个地方来达到减电流的效果 最后完成一个限制住当前的电压的一个功能 那这个东西主要是用于那个充电 就是你的输入端的那个充电电流是未知的情况下 那我们去通过这种 CB 的这个就是 input Voltage 的 这种限压的方式来进行减电流 那最后主要是增加了那个最大的一个充电效率 你这个时候是把这个电压限在 比如说是一个 4.5V 或 4.6V 那这个时候是当前的适配器的功率 是可以完全通过这个电压环路 是可以完全通过这个电压环路 可以完全控制的 那现在是有达到一个比较好的一个工作状态 最后就是我们刚刚提到的 就是关于一个我们这个温度控制的一个环路 温度控制的一个环路 它是这样一个工作流程 它就说是我们采样 我们在这个 MOS 管上面的一个温度的控制 当这个 MOS 管就 MOS 管的结温 就是芯片内部的温度大于一定阈值以后 那我们就通过减小占空比的方式 来把这个输出电流减下去 输出电流被减小以后 输出的功率也是有所控制 从而通过这个方式 来完成一个发热的一个控制 那我们这边可以看到我的结温 这边有个图对比很明显 就是我们结温上升的时候 这个地方充电电流会逐渐出现影响 这个结温到达一定值以后 就出现这个环路电流就下来了 这种情况主要是应用于 就是在那个室温环境如果比较高的时候 那这种情况 然后我们的充电 IC 有温升自己有温升会比较高 电流比较大的情况下 那它就自己内部有个环路来降低这个东西 主要是保持这个充电电流能在可控的范围之内 这个地方主要是讲了一个传统的充电 IC 的一个拓扑结构 那传统的拓扑结构里面 就是说我们就是类似一个 DC/DC 是输入端 通过一个 DC/DC 一个 Buck 给这个电池进行供电 那当这个电池电压如果出现耗尽的情况下 这个地方没电的时候 这个系统是起不来的 因为这个电池是被它钳住的 钳住起不来以后 我必须要把这个电池给它充满电以后 系统才能工作 然后包括截止的时候 我也需要就是说 这个就是说在传统的结构上面 我们用一些办法来避免它让它进行 就是用传统的方法 就是说加一两个二极管的方式 可以让这个就是没有系统没有电的时候让它启动 那与此同时还有就是系统端和这端 我们把它电压进行分开 那就系统端充电的时候 你给它充电的时候可以不用给它 就是传统的方式是说 我们用分立的方式把这个系统 就是系统没有电的时候可以启机 然后通过二极管的方式把这个整个功率给隔开 整个功率是由这个地方来进行限制 但是这个地方就会存在一个问题 就是说当你适配器插入的时候和不插入的时候 你的系统电源上的电压是不一样的 那你针对于这个系统的耐压值的设计 那这个点 那你必须要至少耐到 Vin 端的端口电压 那你就不能只耐到这个电池端的一个电感的电压 如果我们为了把后级的电压 这个电路设计的更简洁或者是更安全一些 我们可以通过加这种 MOS 管的方式 我们可以通过这种外加 MOS 管的方式 把这个充电端口 把这个 Vin 端和 Vsys 端和电池端 这两个端口进行分开 那你分开以后充电是充电，对吧 系统端是系统端 系统端是系统端 系统就是这个电池没电的时候直接通过这边给它供电 这个东西我们就用小电流充电 它完全可以完全达到一个 独立的就是启机的一个效果 然后适配器相当于是对适配器的要求没有那么高 对适配器的要求就完全取决于 就是这个 DC/DC 的一个工艺的要求 就是这个 DC/DC 的一个工艺的要求 那之前的这个就是说需要这个 Vin 额外给它供电 与此同时还需要这个给它供电 这样就是如果你这个地方有可能会被适配器 如果供电能力比较比较弱的话 会把这个 Vin 会被拉低 拉低以后对适配器来说不是特别的好 通过了通过了这样 Pmax 这种的 至少是系统端如果出现有电流的时候 那直接通过电池这边给它进行供电 电压没有一个剧烈的一个跳变 所以对适配器来说不会有太大的影响 这个就是这个以前那个拓扑构架的一个东西 这个就叫做 NVDC 的充电 IC 那就是说在 NVDC 这个地方的电压 它不像以前有一个巨大的一个跳变 那有巨大跳变的时候 就是说这个时候就对系统的设计会有更高的要求 NVDC 主要是用于在就是单节电池充电 或者是单节电池充电上面来会比较多一些 或者是单节电池充电上面来会比较多一些 像那个旧笔记本上面可能会是 12V 的这个会多一些 笔记本上因为它现在有那种有 12V 就是那种三级的 12V 的电源 这个就是 12V 的系统电压供电 或者是你 charger 20V 进来以后 它也是 12V 电压供电 这就是 NVDC 的 如果我们退到刚才那种情况 就是笔记本上会遇到一种情况 就是有一种情况是这边是 12V 然后你插电进来的 以前的笔记本就是插电进来以后变成 20V 那相当于你系统所有的那样的器件耐压要求一定是 20V 的 就不是 12V 的选择 这个对于后级器件那个选择的那个要求更严格一些 成本相对来说会更高一些 所以 NVDC 有 NVDC 的好处 可能就是对于单节电池 比如说手持设备这种话 比如说手持设备这种话 用 NVDC 会更方便 用 NVDC 会更方便 下面我们就来看一下 我们那个充电 IC 的一些参数的一些选择 就我们可以根据我们输入电压和控制接口 我们这个充电 IC 的一些结构 有传统的就是之前说的串一两个二极管的 它的 NVDC 就是电池跟系统连在一起的 Turbo Boost 是这样 是在这种传统结构上面加一个 就是我插进适配器是 20V 就是我插进适配器是 20V 那当电池没有电的时候 当这个系统有个大的负载的时候 需要一个 20V 很高的负载 那我把这个充电 IC 从 12V Boost 到 20V 然后给它充电 它是另外一种拓扑构架 这个有兴趣的话可以看一下我们的 TPS24725 这种芯片 带 Turbo Boost 带 Turbo Boost 然后这个上面就是用充电 IC 的结构和充电 IC 这个选择 就是说你是集成方案还是分立方案 各有各的好处 集成方案的话就是就比较小，面积比较小 分离方案就是说效率会高一些 你可以选择器件 总的构架来讲 目前现在拓扑结构都是一个 buck 的构架 那就电压电流的一个选择 就会有三个选择 就会有三个选择 系统电压的一个要求 然后化学特性的选择 用 TI 会根据不同的那个电池的化学特性 会有不同的充电 IC 的类型 你比如说我们现在一般讲的都是锂电池 那锂电池就是针对锂电池的电压以及不同可以进行选择 那我们也有一些铅酸的 那这上面的充电会有些不太一样 至少还有一个充电的温度的把握 那包括一般温度保护就是一个过温过热 这个温度比较简单一点 就举个例子 比如说是零度以下或者是 50 度以上 那这个就直接不充 那比如说在零度和 50 度之间会有一些细的要求 比如说零度到十度和 40 度到 50 度之间的细的要求 这是一个阶段的标准 充电 IC 硬件上是满足这个其它的标准 这个可以就是根据不同的要求可以选不同的充电 IC 保护上面其实这个东西都会比较齐全 关键是比如说都有过压保护 然后什么输入限流保护 电池的过压保护 然后还有一个就是带不带 OTG 功能 带 OTG 就表示说这个不仅能充电 还能通过电池对外从 USB 口对外放电 这个也是一个需要参考的点 那其它就是 OCP 和欠压这些都是一些基础的保护 这个可以看一下我们后面 最后还有一个封装的要求 封装上面的话就是 CSP 和 QFN CSP 的话就是我们总的来说 就是 CSP 的话 Rdson 上可以做的更小一些 那效率优化实际上是最好的 但 CSP 会存在一些就是焊接工艺上的一些要求 这个是一个区别 后面就是讲一下 我们如果要看一个这个充电 IC 这个规格书 就选哪几个点来看 首先是说怎么去选 那怎么去选的话 TI 是登陆我们的 TI.com 然后那个斜杠 charger.com 可以看到 然后那个斜杠 charger.com 可以看到 我们这边有些就是电池包的特性 然后充电结束 然后充电电压的一些限制 然后充电电流的一些要求 然后输入端的一些要求 然后如果你把这些信息全部特别讲讲得很详细的话 你就能选出一个比较相对来说 合适一点的充电 IC 还有一个就是说我们会针对这个充电 IC 有一些大量的一些简介 那就是说这个就是说 针对于比如同步的锂电池的 锂电池的锂聚合物的 Stand-Alone 的意思就是说 这个可以不需要 I2C 接口来进行控制 它可以自己不需要 MCU 来额外管理它 是这个意思 然后 charger 就这个是集成 MOS 的这个东西 然后 Power Path 就是说带这个功率管理 带这个功率管理之后 就是说它在一个在路径管理的话 那就是说电池和在没电的时候可以启机就这几个功能 EC Table 里面主要是要强调是说 EC Table 里面主要是要强调是说我们在测试条件下 我们测试环境是从 -40 度到 125 度的 那我们充电 IC 大部分来说 我们的模拟 IC 都是这个要求 它可能有些竞争对手会给到只给到 25 度的这种情况 25 度的情况可能会比那个好一些 但是我们一般的规格都会比较严 就会把这个值所有标的很全 就是如果标在这上面讲 如果没有特别说明 那就默认都是 -40 度到 125 度 这个范围是比较宽的来满足这个需求 最后就是这个规格书的第一页 这个是我们的一些 Feature 这些东西有哪些优势 可以看到 就是说可以看到 94% 效率 这一块你要单节多节 这个从第一页就可以看到 这边集成的一些功能 这个保护这个哪些都有 一般来说这个规格书上面都会去给你一个大概的例子 就是这个一般是用在哪里 然后还有一些封装的信息 这个可以大家主要是目录找一下 这些可能也是最需要的 然后这个关于这个测试条件的话 这个主要主要强调一下 就是一定要看清楚我们的一个测试条件 我们是 VBUS 这个相当于是已经是在工作的情况下 如果是其它家它就可能只到 5V 那我们是可能是标在 VBUS 工作 到那个 VBUS 过压的这个位置之下 这种条件下相当于更宽一些 那特别像这种 还有这个特别像这种 TI 的温度 那温度这个范围其实很多参数在不同的温度下 特别是高温情况下 这个漂移的话是会比较明显的 比如说就充电 IC 你肯定会不可避免地遇到温升的问题 当出现温升的时候这个参数会出现漂移 这个地方它有些只给了一个 25 度一个典型值 如果它这个进行漂移的话 你这个东西是比较难以估算的 其它就是一个就是一个效率的优化 效率的话其实选起来其实很简单 就是去选这个就是去看它这个 上下 MOS 管的 Rdson 是多大 上下 MOS 管的 Rdson 是多大 你可以做个简单的对比 是说我们那个 bq2419 的 X 系列 和 bq2589 的 X 系列就是快充的 IC 可以看到明显的这个 bq2419x 的下管 就是说 LS 的这个 FET 那是 32mΩ 89x 我们特别为了这个高压的充电做了优化 把 32mΩ 减到了 16mΩ 是因为我们在这个高压的情况下 我们下管的这个导通时间会更长一些 这个时候我们把这个下管做优化的效率有更高的提升 这也是一些比较比较重要的一个点 其实还有一些细节上的点 其实我们这边没有列出来 比如说是我们这个点的一个上升沿 不同情况下不同的充电器的上升沿也是不一样的 上升沿越高的话你上升沿越快的话效率就达到越高 但随之而然的会产生一些 EMI 的问题 就要看你上升沿到底是不是很好的 是很好的没有过充的 这个上升沿是对上升沿的控制是比较好的一个 就是也需要注意的一个点 这个地方就是说充电电压的一个精度的一个要求 举个例子这个可以看到 这是我默认这个充电电压的一个 4.2V 的一个限制 举个例子 如果把电压设在 4.1V 的话 它的说明这是这是它的充电次数 大家可以看到这个充电次数就在 4.2V 的时候 如果充电次数在 500 次的情况下 如果电压是只要高一点点 从 4.2V 跳到 4.5V 这个数据就直线下降 这个你说 4.3V 和 4.35V 只要高一点点它的寿命会下降的很厉害 那就是说我们对这个电压的要求精度的控制 因为这是充电 IC 自己选的时候精度的控制 这个地方是要求特别高的 如果这个精度比如说这个地方 如果别人精度其它地方可能看到只有1%或者2% 这个地方如果偏了2%的话 相当于是你的寿命就会差很多 你就会考虑你会在设计的时候会考虑 这个你要把这个 MIN 这个值要高于这个值 相当于是你的 就是如果你设计的时候一般会怎么去规避这个问题 一般就是我们选这个充电 4.2V 的这个 MIN 的值 所以这一点对吧 我把这一点就把充电电压设低一点 我把这个量不会超过 MAX 的值 我永远不超过它 永远不超过它不会出现过压的情况 这样的话就会感觉它流量变小 这个时候其实就是说对于你的精度 如果精度的百分比越精确的话 你这个容量就会更好 然后也不会出现这个保护的情况 也不会出现什么就是这个寿命的问题和安全问题 TI 在精度控制上面是做得比较好的是正负0.5% 这个地方可以强调 这个是一个充电电流的一个控制 充电电流的一个控制 就是说在不同电流下 充电时间的一个区别 主要是说根据你不同的充电电流 你可以去选这个截止的电压点 你这个地方是 CC 的时间 这个地方是 CV 的时间 CV 的时间主要是取决于 你的上面的一个就是整个充电通路 和我们充电这个 Pin 到你这个电池之间会有一些 Rdson 和电池里面的一些内阻 那这些这些值都要考虑 就在 CC、CV 的时候都会花你的时间 你这个时间如果特别短的话 这个值特别小的话 你的这个时间充电时间就可以继续减短 充电时间就会减短 充电时间就会减短 我们 TI 也会加一些什么安压补偿 还有一个办法更简单 还有一个办法就是我们 CSD charge 里面就是 25808D 它会加一个 Battary CS 一个 Pin 你这个 Pin 直接就可以伸到电池和电芯里面去 直接去采电芯的一个电压相对比较准的一个电压 这样产出来的电压比较准以后 你现在是把那个阻抗 它可以通过一些就是它输出的电可以把电压抬一点 然后这个相当于是电芯的值 我只要把这电芯电压不过压 我输出电压高一点其实没有关系 因为只要电芯是安全的 这个东西还是可以进行又安全又电流比较大的一个快充 从而这样可以减少一个那个 就是 CC、CV 的一个时间 这也是一个点 这个就主要讲了输入功率检测 我们还有一个硬件的一个 Pin 可以做输入电流检测 就是我们在那个比如说我们的 BQ24296 或者是 BQ25895 这种移动电源上面 你可以尝试试用这个 就是你如果不用软件配置的话 它默认情况下的限流值是是比较大的 它可能是 5V2A 或者是 5V1.5A 或者是 2A 你都可以通过这个硬件的 Pin 就不用那个不用 I2C 去操作它 有硬件的 Pin 来完成这个功能 有硬件的 Pin 来完成这个功能 硬件的 Pin 的话 我们可以根据这个采样的这个电阻 这边有个电流源去发一个电阻 电流源会给它进行供电 然后这个上面会产生一个电压 我们可以通过采这里的电压去跟它进行一个比较 然后从而达到跟输入电流进行比较 从而达到从硬件上控制输入电流的一个功能 最后就是说你软件出现有异常的时候 可以通过硬件的 Pin 来保证 这个限流是 OK 的是可靠的 这个限流是 OK 的是可靠的 这个只是一个也是多一层保护 然后还有一个就是我们这个软件上的一些限制 软件上的话就是这个东西对精度的要求 我们现在的设计是说比如说你软件上受到约束 USB2.0 比如 500mA 的时候 USB2.0 比如 500mA 的时候 我就把这个值完全硬件限制在 500 这个地方有些偏差 偏差的话我们也能保证 这个偏差就永远不会大于 500 至少保证就是我在是 500 的时候不会超过 500 这个地方是我们这边重新 就这个规格上面是专门 因为这个就是如果设 500 就永远不会超过 500 这样就不会导致出现适配器有可能会被拉低的情况 这个是输入的电压的功率检测 这个里面就是输入点的电压值 就这个输入的限压功能 限压功能我们可以通过软件就是这个 DPM 比如说有个很精细的一个输入电压的检测值 输入电压的这个电压可以通过 I2C 来进行配置 每一个 step 是个 80 个毫伏 相对来说这个 step 是比较精细的 你可以选很多档 比如 4.35 可以加大 比如加到 4.4 加到4.46、4.48 它就是比较精细的 就给你一个很容易选择一个电压值 那么你这个电压值主要是因为 这个电压值其实经验上讲 一般来说是一般要比电池电压高 一般 150mV 因为我们充电 IC 会在 会在电池电压高 120mV 的时候 就是低于 120mV 的时候 会认为它是进入 C Port 就认为这个输入电压太低了 现在无法工作 我们必须要就一般来说把这个电压点维持到 150mV 以上 就能保证充电 IC 能够正常工作 也能够保证把适配器的电压不会拉的太低 一般是这样 这个就是看你这个电池电压 和这个输入端的一个要求 其实也可以如果输出电压比较低的话 你也可以动态的去调整它 你也可以动态的去调整它 就比如说你在电池电压比较低的时候 你把这个电池电压拉低点 你把这个电池电压拉低点 如果适配器能承受的话 你看输入功率调低 就输入电压调低一点 这个保证更大的电流出来 电池量比较高的时候往上调 可以进行一个动态的调整操作 这个也是一个比较好的技巧 最后就是讲一下我们这个预充和温度的一个好处 是这样的就是在我们预充的时候 我们的系统电压就电池没有电的时候 或者电池电压比较低的时候 我们的系统要能保证 我们要保证这个系统要能工作的话 我们要保证这个系统要能工作的话 那么在适配器插上来要立马能工作的话 就举个例子 像手机你在电池完全放到没有电的情况下 像手机你在电池完全放到没有电的情况下 你要插上 至少看到这个手机能够有一个显示 说是在充电 用到这个功能的话 就需要这个里面有个 Power Path 这个管子 Q4 这个时候当我们插入的时候 我们的系统是工作在一个最低的系统工作电压点上面 这个电压点应该是 4.5V 你也可以通过这个软件适配器来进行调整 这个地方工作在 4.5V 这个地方这个 Q4 管子接通 就在这个时候要把这个 Vsys 的电压和 Battary 电压要分开 Q4 管子就工作在一个饱和区 就是这个可变电阻区 就变成了变成了类似 LDO 的一部分 就是一个通过这个地方就是给它进行一个充电 就是通过一个比较精确的限流的电流进行一个充电 这个时候就是既给它进行一个电流的充电 又能把这个系统构建 还是运输的时候我们可以调整运输的电流 那运输的时候 它这个时候是通过这一端来进行调节电流 通过这个调整这个板子电阻 来调节这个电流来进行充电 然后从而达到一个就是那个系统这边分开 然后同时又精确的控制预充的电流 这个地方是这个在充电 这个是充电 IC 里我们充电 IC 里面 会有一个当充电开启的时候 和充电截止就充电关开启和关闭的时候 我们的系统电压会比我们电池电压会高 如果充电开始的时候 相当于是我把那个 Q4 那个 MOS 管完全打开 充电电压就系统上的电压 就跟它是完全是一个固定值 这个完全是用 Rdson MOS 管直通过去的一个值 然后那个充电的电流是由 DC/DC 来进行控制 这个地方就是如果当出现这个系统 如果就是如果出现不充电 如果就是如果出现不充电 但是有适配器插上去的情况下 举个例子 充满这种情况下 充满这种情况下 我为了保证我的所有的电都是从适配器过来的 就是保证假设在系统端 如果有负载的情况下有负载跳变的情况下 我会时不时的去拉电池的情况 这个时候就用一个把这个系统的电压往上抬一点 就是当系统这样负载端就是手机端 比如说是有信号 就比如你打电话的时候那有一个大的负载 就是有大的负载来的时候 让我能保证这个系统上的电压 它的跌落就不会超过系统上的低落 如果是在正常的能力情况下 它就不会去用电池的电 而一直是用这个 5V 过来一个电 这样来完成一个操作 这个目的就是说就满足这个功能 然后这个电压一般默认的情况是 150 个毫伏 比这个电池电压高 从而可以达到的就是这个系统电压的一个维持 然后可以还有就是两个电压的维持 也是一个我们刚才说的 3.5V 一个是最高的这个 4.35V 电池电压加上 150mV 达到这样一个功能 最后对比一下就是说不同的充电 IC 这个其实可能大家更关心一点 就是对于这个输入端的电压的一些限制 就比如说像这个 BQ2419X 系列 那这个输入端的电压 这个我们推荐工作电压是 17V 那就表示说在 17V 以下 3.9V 以上 我们的充电 IC 都会正常的工作 就表示你只要插上这个电 它至少能够 DC/DC 是继续工作的 高于这个 17V 在这个地方可以看到我们这边有个绝对值 从 -2V 到 20V 这个意思是说在 -2V 到 20V 的这种条件下 我们充电 IC 在只要是插上这个电以后 它出现在这个情况下不会坏这个意思 但是举个例子 如果是 17V 不到 20V 这个之间的情况下 充电器会出现过压的情况 但是它是不会工作的 但是长时间处于这种情况 只是说保证不坏 但是它不会工作 这个地方可以对比下 就像 bq2429x 这个性价比会更高一点 那它对输入的电压的要求会更低一点 就这里边会只有 -2V 到 15V 也是比较比较高的一个范围 但是这个地方给你的一个要求 就说你设计的这个充电的这个系统 不管是你打浪涌或者什么 最好不要去超过这个绝对的电压值 如果你超过了这个绝对的电压值的话 那就可能对这个充电 IC 造成了影响造成一些损坏 如果你只要设计的系统 电压你只要一旦看到的在这里面之内 你随便怎么搞 它一般都不会出现问题 只要你搞清这一点就不会出现这种问题 所以最后一个就是这个地方 我们这个比如说 BQ2429X 它的这个保护点它也不一样 这个地方这个的保护这个过压保护是 17V 这个过压保护是 6.2V 下面是针对于 5V 的这个充电系统高于 6.2V 以后 这个就是过压 你可以得到这个过压的一个状态 最后就是我们的 2419x 是可以做到最终保护到 12V 的适配器 19x 就直接就可以接入到 12V 的充电器 12V 进来它可以直接充电 这个地方还有一个就是 Sleep Mode Sleep Mode 就是刚才我们讲了就是 如果当这个电池电压比较高的时候 输入电压又比较低的时候 这个时候其实就输入电压比电池电压低的时候 就比如说一些 VBUS 的电压就是 USB 端肯定只有 3V 那是那个电池电压肯定有 4V 那这种情况下充电 IC 是不工作的 充电 IC 就是通过这个点进行一个判断 它是不是高于 3.8V 是不是高于这个电池电压 如果这两个都判断为高的话 那这个整个内部的那个 LDO 才会启动 那个 LDO 启动以后 那整个的 DC/DC 它才会启动 这样一个模式 最后退出这个 Mode 的话 它也是通过就可以看到就是这个 REGN 是不是启动了 Q1 是不是导通了 其实我们可以通过判断这个充电器是不是启动 一般在 Debug 的时候可以看到 如果 REGN 是不是有 如果 REGN 有的话 至少这个芯片至少不是在这两个状态上 最后就是说那个 C port 的话情况下面 这个我们的静态功耗是比较小的 这个地方还有介绍一下 就是我们 REGN 的一个电压的范围值 默认这个都是比较常规的默认 正常 5V 充电的时候是 5V 5V 的时候是 4.8V 然后用 10V 的时候是 6V 最高时我们在 6V 这个东西 REGN 主要的工作 是给这个地方进行一个 boot 然后就是通过这个电容给它 进行一个自举的这个 Q2 的一个功能 还有一个功能就是给内部进行供电 与此同时那个 REGN 还有一个功能 是说 REGN 还要通过那个 我们内部的供电是通过这个 REGN 来完成的 还有一个就是对于温度 Pin 的一个控制 把这两个电压是一定要接在一起 这两个接在一起以后 如果它温度出现这个漂移 出现在温度发生进行变化的时候 它这两个是同时进行漂移的 最后它产生的比例 我们最后通过这个比例的比较的话 它的比例是在温度变化的时候是不受影响的 最后我们可以通过这个加一个 NTC 的方式 可以把这个点的电压的变化值 可以给一个很好的一个测出来 把这个值测出来以后 我们会在这上面这个阈值 那最后面一幅图可以看一下 就是我们在不同的域值的情况下 我们会进行充电 IC 的保护 比如说这个地方是零度的时候 就这个 NTC 的值如果是在 73.5 以下的时候 那这个时候零度完全不充电 那这个时候零度完全不充电 那这个是一个 45 度的时候 45 度以上我们进行也可以进行一些保护 可以进行完全说它不充电 是这样一个要求 在 OTG 的时候 在 OTG 输出的时候 这个地方是两档的一个保护 这个地方是有一个输出电压的一个更低的要求 还有一个在 OTG 的时候 这个是说就是在我们充电 IC 通过电池对外输出的时候 这个时候电池的要求没有充电那么严苛 它可以把温度放宽一点可以到 60 度 所以这个都是一些硬件的一些保护 就是软件上面可以不用再额外去设计 关于 OTG 的话 那有可能有几个保护功能就可以看出来 第一个是过压的 那这个很容易 然后还有一个是过流的一个保护 就是说我们这个下管的 如果出现电流过大的情况下的话 如果出现电流过大的情况下的话 现在势必会出现短路 这边出现短路和过流的情况下 我们这边 OTG 也能够合法的进行一个识别 是这样一个过程 就是说输出电压有差的时候 我们在这个地方是有一个 输入的电压电流的最大电流的一个限制 那限制以后就最后可以限制到它那个输出的功 最后它可以就是这个实现一个打嗝的模式 如果出现短路的情况是有打嗝 如果出现短路的情况是有打嗝 打嗝以后这个 VBUS 会在一定时间内重启 这样限制了对外的一个功率 最后就是一个这个是一个保护 是说我们在电池电压这边 如果系统端如果你在安装的过程中 或者是你在这个你在安装的过程中 或者是就是你在生产的过程中 如果电池已经透掉了 那系统在出现短路这种情况 那我们这边会有一个基本的保护 就是如果它电流出现过流的情况下的话 我们可以把这个 Q4 管给关断了 一般的关断的电流的话比较大会是 9A 还有一个就是 adapter OVP 这个是电压值 是我们在检测这个点的电压 有可能是其它地方过来的 就是或者是系统和那边过来 如果出现过压的话 我们也会出现一些我们会进行一些相应的保护 把 Q4 关断 最后就是说我们跟竞品的一个分析 就是说这个我们如果是把 Q4 管放在里面的 和放在外面的一些区别 放在外面有些最大的问题就是说 它这两个对 PCB 板的面积会大一些 还有就是这个机械会复杂一些 然后它一般来说是不能够精确地测量这个截止的点 因为你的系统端和充电端是连在一起的 节点的电流与系统端可能一直有电 这边也有基本有电 这两边电位是相加的 我只能算到一个总电流算不到分的 那这种情况像我们这个充电 IC 现在这个电流采样是在这里面的 那这边的电流是知道的 系统端有多少电流 是不影响到这个我充电的时候精度 就电流的精度可以保证可以充的很满 你要求这个 然后还有一个就是充电温度的一些检测 这个 IC 实际上是没有温度检测的 另外我们这个是带一些温度检测和 OTG 的 简单介绍一下 这个是一个 size 的对比 可以看到这个 size 的话 这个 size 的话 因为它有些效率的问题和发热的问题 它做不到很大 那我们这个可以做到很大 做到 2.5A 和 3A 同等的 size 它的功率做的更大的 可以达到的效果会更好一些 也不需要额外的一些 FET 这个还有一个就是成本的对比 成本对比上面可能就 BAT FET 的还有 Rsense 它本身是会花一些这个会需要一些 cost 这个东西如果整体加起来的话 它的性能还是会比较好一点 最后总结一下 就是说今天主要是介绍一下 就是电池充电的一个基本的环路 就不同的环路包括了电压、电流 然后输入的电压、输入电流 还有温度这些环路 然后还有包括这种就是我们这个路径管理 然后动态功率管理 然后还有充电的结构一些图 最后还有这些参数 我们只要先关注哪些参数 就是我们之前说的这些
各位下午好
我是张
是东莞的 FAE
那这边主要负责的客户是一些消费类
然后是手持设备的一些东西
所以今天跟大家就是聊一些充电 IC 里面的一些干货
就说充电 IC 里面有哪些功能
然后充电 IC 为什么称之为这个 IC
而不是一个 DC/DC
它跟 DC/DC 的一些区别
然后还有一个就是说
我们充电 IC 里面的一些规格
那些参数是很重要的
我们通过这个 slide
来给大家一些做一些分享一些介绍
就这个是我们的一个目录
大家可以看一下
我们这边可能会分三个地方来看一下
就是一个充电 IC 基本的一个系统的框架
然后一些功能
那主要是讲要一个就是系统
我们的充电 IC 的系统里面它有五个环路
那这五个环路里面就包括了
最基础的一个充电电压
充电电流的一个环路的一个配置
那还有一个就是包括我们 TI 特有的一个
就是输入电压的电流的一个功能的检测
那除此之外
还有刚才有那个下面的那个兄弟问到的是说
就是我们当那个充电出现过温的时候那怎么处理
那充电 IC 它会给这个最基本的一个功能
给出一个最基本的一个范围
是说大于比如说 50 度或者是小于零度
那这个时候我充电 IC
如果判断它现在处于这个状态下
我就不会进行充电
那可能我基本上可能再简单介绍一下
就是那个电压计那边
它会给我们一个参考值
然后让我们来去做
那具体谁来做的话
是说就是我们实施
它只是来建议一个值这样一个配合的一个功能
回到这一块
我们可以看一下
我们可以看一下
就是充电 IC 里面那主要是讲的
就是里面有五个环路
那是那个输入电压、电流
然后充电的电压、电流
然后还有温度
那还有一些功能
就是还有一些
就是那个不同的充电 IC 的构架上面会有些功能
比如说像这个 Power Mux 就是这个固定管理
以及这个动态的工艺调整
可能刚才也介绍过这个就是跟我们的 2589X
这种快充的和动态工艺调整
这种可能后续再介绍一下
然后后面就是说还有关于这个充电参数的一些配置
和这个应用的一些参数
这个我们可能大概介绍一下
以后看这个书就可以着重看这一点
然后就可以选出你想要的东西
那也可以知道这个重要性能是什么样的
那最后就是对比一下我们跟竞品的一些长处和优势
那么往下
这个我们的充电 IC 这个应用很广泛
包括手机上包括这个就是平板上
包括像这种手持的设备就有包括很多地方都有
包括像这种手持的设备就有包括很多地方都有
那这个我们就概括一下
那这个东西就是说什么叫做充电 IC
它说充电 IC 它有几个点
就是说一定是说我们充电电流
我们分充电一般来说分两个阶段
那一个阶段是说恒流阶段那我们称之为 CC 阶段
然后还有一个恒压充电阶段
那就是 CV 阶段
那在这两个阶段里面
我们有两个核心的点
就是保证电流的控制要更精确
那保证第二个控制要更精确
那这个时候就需要我们的一般的 DC/DC
和充电 DC/DC 和充电 IC 的一些区别在哪里
这个是一个很简单的一个
DC/DC 的一个环路一个拓扑构架
那我们一般来说
我们都会选其中一个环来进行实施
环路保护了比如第一个是一个
比如说如果是一个电压环路的话
那我们就选其中的一个环
还要保证这个电压环路
当这个电压出现变化的时候
通过这个运放
然后调整这个点的电压
然后最后通过调整 PWM 的占空比来完成这个对于
通过调节 PWM 占空比来完成
电感电流的就单位时间内电感电流的一个控制
那从而通过这个环路通过一个负反馈的环路
来完成对这个充电电压的一个环路的一个控制
那么充电电流的环路控制它也是类似的
那只说我们把这个采样的电压信号
通过用合适的方式
比如说串电阻的方式进行变成电流信号
那通过这种电流信号跟阈值进行比较
那比较以后
然后最后产生一个控制电压 VC
然后最后产生一个控制电压 VC
跟那个叫做这个锯齿波信号进行比较
产生一个脉冲就那个一个脉冲信号
通过这个脉冲信号加在输出级上面
通过这个脉冲信号的改变的大小
可以改变这个单位时间内的占空比的电流值
那可以完成一个电压的一个控制
那一般的电压
那个一般的 DC/DC 它一般只有一个环路
那就是说一个单个的电压环路和电流环路
然后还有一些就是一个瞬态的响应
和一个输入的是单个的负载的一个输入
它只是完成一个这样一个简单的功能
对比一下我们一个基本的一个充电 IC
它能完成什么功能
它是把这个电压和电流环路
同时在这个地方进行一个结合
那结合以后它会出现这种情况
就是当这个电池就是当那个电池电压较低的时候
那电池电压低于这个 VBAT
就是电池电压低于这个电压的时候
那这条环路由于这个地方是比较低的
那这个地方也输出了低
那两个地方去通过电流源的
通过叠加的形式加在一起
那我们这边一般会在一个串一个二极管这种类似的东西
可以保证在这种情况下
这个环路是不进行工作的
最后不进行工作的
只是通过这个地方
因为我们在这个地方设置了电流
比如说是 2A
那你要保证通过这个地方要有 2A
这个地方采回来的电流也是 2A
通过这条环路来进行一个正常的一个工作
那在这种情况下
那当电池电压信号比较高的时候
我们通过采样这里的电压
跟我们的 VBAT 的这个电平进行比较
那比较以后我们这个整个环路
在这边这个地方的电压会逐渐升高
以至于高过它以后
那你把这个信号盖掉
盖掉以后然后这个 VC 电压
就再通过这个地方去调占空比
然后形成一个主流环路的一个控制
所以说在这个地方是我们通过了两个运放
然后采用了不同的电压电流
根据电压电流的信息
不同的信息来做一个不同的一个切换
所以说这个地方就是基本的一个充电 IC
是有一个这个恒压的控制
以及恒流的环路的一个控制
那这两个环路的控制之间
它是通过一个二极管串一个二极管在上面
然后就是说达到一个
就是如果这个电压比较低的时候
这个电压没有达到的时候
它就不进行工作
它就不进行工作
那如果是从这个电压比它高的时候那才进行工作
还是达到这种同时控制的一个效果
那还有就是那充电电压的一个控制
它对这个输出电压是有这个要求的
就是说这个充电电压的一个精度一定要足够的高
如果这个精度如果不是特别
就是 CD 的电压精度不是很高的话
那就可能导致这个地方的电池电压
可能出现过充和出现过充和过压的情况
那这种情况会降低电池的寿命
以及可能会出现潜在的一些安全问题
最后就是说电池可以变成一个那个 load 和 source
就是这个地方电流可能是这样进去也可能这样出来
那在这个时候它会对电流的一个动态响应会有些要求
这个可能后续再看一下
说完这个这两个环路的一个介绍
就基本功能这个介绍以后
就基本功能这个介绍以后
我们在我们的那个充电 IC 为了保证
就是针对于输入电压的一个输入电压的一个控制
那这个环路的主要目的是什么
就是就是我们可能之前刚才也提到过了
就是对于我们的那个是充电端口的
5V 电压的输出能力是不同的
那有些端口有些是 5V 有些端口是 5V500mA
比如 USB2.0 的
那我们现在就适配器的话也有不同的规格
有 5V1A 的，有 5V2A 的
那我们怎么去保证就是我们在充电 IC 在任何情况下
不去把前级的这个电流就拉出过载的这种情况
那我们就通过了一个就是采这个电压
我们这个采这个我们可以通过这个软件
我们可以自己通过那个限制输入端的电流
来达到一个同样的来减电流
来达到一个输入功率的输入电流的一个动态的一个调整
那举个例子就是
可以看一下我们这个环路的工作的状态
可以看一下我们这个环路的工作的状态
主要当这个电流是我们通过这个输入端进行采样的
那采样出来的电流信号
跟我们的这个信号跟参考信号进行对比
那当这个信号当这个电压比它电压比较高的时候
那这条环路就为高
那整个 control 它就起主导作用
那这个时候它通过 PWM 的控制
来降低这个后期的一个输出电流
那就是说通过相当于是这边的 VC 升高
然后把这个 duty cycle 减小
减小基本上是反向的一个逻辑
把这个 duty cycle 减小
减小以后就整个把这个输出的电流降低
那相当于从而就降低了这一点的一个输入的电流
它就通过采样输入
然后最后实施那么充电电流减小
然后最后实施那么充电电流减小
达到这样一个就是一个充满负反馈的一个过程
那这样就可以保证我们在输入电流
可以达到一个恒流的一个控制
那这个是一个就是输入电流的一个控制
那这个东西主要是用于这个 USB 的端口
和以及就是我们已经规定好的
比如说 USB 和那个 DCP 规定的默认的端口是这样来设计的
这个说完输入电流以后
这个环路又相对复杂一点
就是说对输入电压的一个限制
就是我们不仅限输入电流
还要限输入电压
那输入电压是怎么设计的
就当这个点的电压
就是我们适配器会出现
因为适配器本身是会有一个
就是那个就是恒压曲线的
那我们要保证就是说适配器的这点的电压
要不能低于一个阈值
就是前提如果适配器的电压如果低于阈值的话
可能会导致比如说这个 USB 端口
那可能会低于就被拉跑
或者是这个适配器出现过载的情况
那这个情况我们就可以通过软件来设置这个值
就是 VIN 这个计数器的参数
那我们的系统会充电 IC
会根据采样输入电压也是根据这个运放
当这个电压高于这个时候
充电 IC 高于这个时候它不进行工作
当它跟它差不多的时候
它才从通过这个地方来达到减电流的效果
最后完成一个限制住当前的电压的一个功能
那这个东西主要是用于那个充电
就是你的输入端的那个充电电流是未知的情况下
那我们去通过这种 CB 的这个就是 input Voltage 的
这种限压的方式来进行减电流
那最后主要是增加了那个最大的一个充电效率
你这个时候是把这个电压限在
比如说是一个 4.5V 或 4.6V
那这个时候是当前的适配器的功率
是可以完全通过这个电压环路
是可以完全通过这个电压环路
可以完全控制的
那现在是有达到一个比较好的一个工作状态
最后就是我们刚刚提到的
就是关于一个我们这个温度控制的一个环路
温度控制的一个环路
它是这样一个工作流程
它就说是我们采样
我们在这个 MOS 管上面的一个温度的控制
当这个 MOS 管就 MOS 管的结温
就是芯片内部的温度大于一定阈值以后
那我们就通过减小占空比的方式
来把这个输出电流减下去
输出电流被减小以后
输出的功率也是有所控制
从而通过这个方式
来完成一个发热的一个控制
那我们这边可以看到我的结温
这边有个图对比很明显
就是我们结温上升的时候
这个地方充电电流会逐渐出现影响
这个结温到达一定值以后
就出现这个环路电流就下来了
这种情况主要是应用于
就是在那个室温环境如果比较高的时候
那这种情况
然后我们的充电 IC 有温升自己有温升会比较高
电流比较大的情况下
那它就自己内部有个环路来降低这个东西
主要是保持这个充电电流能在可控的范围之内
这个地方主要是讲了一个传统的充电 IC 的一个拓扑结构
那传统的拓扑结构里面
就是说我们就是类似一个 DC/DC 是输入端
通过一个 DC/DC 一个 Buck 给这个电池进行供电
那当这个电池电压如果出现耗尽的情况下
这个地方没电的时候
这个系统是起不来的
因为这个电池是被它钳住的
钳住起不来以后
我必须要把这个电池给它充满电以后
系统才能工作
然后包括截止的时候
我也需要就是说
这个就是说在传统的结构上面
我们用一些办法来避免它让它进行
就是用传统的方法
就是说加一两个二极管的方式
可以让这个就是没有系统没有电的时候让它启动
那与此同时还有就是系统端和这端
我们把它电压进行分开
那就系统端充电的时候
你给它充电的时候可以不用给它
就是传统的方式是说
我们用分立的方式把这个系统
就是系统没有电的时候可以启机
然后通过二极管的方式把这个整个功率给隔开
整个功率是由这个地方来进行限制
但是这个地方就会存在一个问题
就是说当你适配器插入的时候和不插入的时候
你的系统电源上的电压是不一样的
那你针对于这个系统的耐压值的设计
那这个点
那你必须要至少耐到 Vin 端的端口电压
那你就不能只耐到这个电池端的一个电感的电压
如果我们为了把后级的电压
这个电路设计的更简洁或者是更安全一些
我们可以通过加这种 MOS 管的方式
我们可以通过这种外加 MOS 管的方式
把这个充电端口
把这个 Vin 端和 Vsys 端和电池端
这两个端口进行分开
那你分开以后充电是充电，对吧
系统端是系统端
系统端是系统端
系统就是这个电池没电的时候直接通过这边给它供电
这个东西我们就用小电流充电
它完全可以完全达到一个
独立的就是启机的一个效果
然后适配器相当于是对适配器的要求没有那么高
对适配器的要求就完全取决于
就是这个 DC/DC 的一个工艺的要求
就是这个 DC/DC 的一个工艺的要求
那之前的这个就是说需要这个 Vin 额外给它供电
与此同时还需要这个给它供电
这样就是如果你这个地方有可能会被适配器
如果供电能力比较比较弱的话
会把这个 Vin 会被拉低
拉低以后对适配器来说不是特别的好
通过了通过了这样 Pmax 这种的
至少是系统端如果出现有电流的时候
那直接通过电池这边给它进行供电
电压没有一个剧烈的一个跳变
所以对适配器来说不会有太大的影响
这个就是这个以前那个拓扑构架的一个东西
这个就叫做 NVDC 的充电 IC
那就是说在 NVDC 这个地方的电压
它不像以前有一个巨大的一个跳变
那有巨大跳变的时候
就是说这个时候就对系统的设计会有更高的要求
NVDC 主要是用于在就是单节电池充电
或者是单节电池充电上面来会比较多一些
或者是单节电池充电上面来会比较多一些
像那个旧笔记本上面可能会是 12V 的这个会多一些
笔记本上因为它现在有那种有 12V
就是那种三级的 12V 的电源
这个就是 12V 的系统电压供电
或者是你 charger 20V 进来以后
它也是 12V 电压供电
这就是 NVDC 的
如果我们退到刚才那种情况
就是笔记本上会遇到一种情况
就是有一种情况是这边是 12V
然后你插电进来的
以前的笔记本就是插电进来以后变成 20V
那相当于你系统所有的那样的器件耐压要求一定是 20V 的
就不是 12V 的选择
这个对于后级器件那个选择的那个要求更严格一些
成本相对来说会更高一些
所以 NVDC 有 NVDC 的好处
可能就是对于单节电池
比如说手持设备这种话
比如说手持设备这种话
用 NVDC 会更方便
用 NVDC 会更方便
下面我们就来看一下
我们那个充电 IC 的一些参数的一些选择
就我们可以根据我们输入电压和控制接口
我们这个充电 IC 的一些结构
有传统的就是之前说的串一两个二极管的
它的 NVDC 就是电池跟系统连在一起的
Turbo Boost 是这样
是在这种传统结构上面加一个
就是我插进适配器是 20V
就是我插进适配器是 20V
那当电池没有电的时候
当这个系统有个大的负载的时候
需要一个 20V 很高的负载
那我把这个充电 IC 从 12V Boost 到 20V 然后给它充电
它是另外一种拓扑构架
这个有兴趣的话可以看一下我们的 TPS24725 这种芯片
带 Turbo Boost
带 Turbo Boost
然后这个上面就是用充电 IC 的结构和充电 IC 这个选择
就是说你是集成方案还是分立方案
各有各的好处
集成方案的话就是就比较小，面积比较小
分离方案就是说效率会高一些
你可以选择器件
总的构架来讲
目前现在拓扑结构都是一个 buck 的构架
那就电压电流的一个选择
就会有三个选择
就会有三个选择
系统电压的一个要求
然后化学特性的选择
用 TI 会根据不同的那个电池的化学特性
会有不同的充电 IC 的类型
你比如说我们现在一般讲的都是锂电池
那锂电池就是针对锂电池的电压以及不同可以进行选择
那我们也有一些铅酸的
那这上面的充电会有些不太一样
至少还有一个充电的温度的把握
那包括一般温度保护就是一个过温过热
这个温度比较简单一点
就举个例子
比如说是零度以下或者是 50 度以上
那这个就直接不充
那比如说在零度和 50 度之间会有一些细的要求
比如说零度到十度和 40 度到 50 度之间的细的要求
这是一个阶段的标准
充电 IC 硬件上是满足这个其它的标准
这个可以就是根据不同的要求可以选不同的充电 IC
保护上面其实这个东西都会比较齐全
关键是比如说都有过压保护
然后什么输入限流保护
电池的过压保护
然后还有一个就是带不带 OTG 功能
带 OTG 就表示说这个不仅能充电
还能通过电池对外从 USB 口对外放电
这个也是一个需要参考的点
那其它就是 OCP 和欠压这些都是一些基础的保护
这个可以看一下我们后面
最后还有一个封装的要求
封装上面的话就是 CSP 和 QFN
CSP 的话就是我们总的来说
就是 CSP 的话 Rdson 上可以做的更小一些
那效率优化实际上是最好的
但 CSP 会存在一些就是焊接工艺上的一些要求
这个是一个区别
后面就是讲一下
我们如果要看一个这个充电 IC 这个规格书
就选哪几个点来看
首先是说怎么去选
那怎么去选的话
TI 是登陆我们的 TI.com
然后那个斜杠 charger.com 可以看到
然后那个斜杠 charger.com 可以看到
我们这边有些就是电池包的特性
然后充电结束
然后充电电压的一些限制
然后充电电流的一些要求
然后输入端的一些要求
然后如果你把这些信息全部特别讲讲得很详细的话
你就能选出一个比较相对来说
合适一点的充电 IC
还有一个就是说我们会针对这个充电 IC
有一些大量的一些简介
那就是说这个就是说
针对于比如同步的锂电池的
锂电池的锂聚合物的
Stand-Alone 的意思就是说
这个可以不需要 I2C 接口来进行控制
它可以自己不需要 MCU 来额外管理它
是这个意思
然后 charger 就这个是集成 MOS 的这个东西
然后 Power Path 就是说带这个功率管理
带这个功率管理之后
就是说它在一个在路径管理的话
那就是说电池和在没电的时候可以启机就这几个功能
EC Table 里面主要是要强调是说
EC Table 里面主要是要强调是说我们在测试条件下
我们测试环境是从 -40 度到 125 度的
那我们充电 IC 大部分来说
我们的模拟 IC 都是这个要求
它可能有些竞争对手会给到只给到 25 度的这种情况
25 度的情况可能会比那个好一些
但是我们一般的规格都会比较严
就会把这个值所有标的很全
就是如果标在这上面讲
如果没有特别说明
那就默认都是 -40 度到 125 度
这个范围是比较宽的来满足这个需求
最后就是这个规格书的第一页
这个是我们的一些 Feature
这些东西有哪些优势
可以看到
就是说可以看到 94% 效率
这一块你要单节多节
这个从第一页就可以看到
这边集成的一些功能
这个保护这个哪些都有
一般来说这个规格书上面都会去给你一个大概的例子
就是这个一般是用在哪里
然后还有一些封装的信息
这个可以大家主要是目录找一下
这些可能也是最需要的
然后这个关于这个测试条件的话
这个主要主要强调一下
就是一定要看清楚我们的一个测试条件
我们是 VBUS 这个相当于是已经是在工作的情况下
如果是其它家它就可能只到 5V
那我们是可能是标在 VBUS 工作
到那个 VBUS 过压的这个位置之下
这种条件下相当于更宽一些
那特别像这种
还有这个特别像这种 TI 的温度
那温度这个范围其实很多参数在不同的温度下
特别是高温情况下
这个漂移的话是会比较明显的
比如说就充电 IC 你肯定会不可避免地遇到温升的问题
当出现温升的时候这个参数会出现漂移
这个地方它有些只给了一个 25 度一个典型值
如果它这个进行漂移的话
你这个东西是比较难以估算的
其它就是一个就是一个效率的优化
效率的话其实选起来其实很简单
就是去选这个就是去看它这个
上下 MOS 管的 Rdson 是多大
上下 MOS 管的 Rdson 是多大
你可以做个简单的对比
是说我们那个 bq2419 的 X 系列
和 bq2589 的 X 系列就是快充的 IC
可以看到明显的这个 bq2419x 的下管
就是说 LS 的这个 FET 那是 32mΩ
89x 我们特别为了这个高压的充电做了优化
把 32mΩ 减到了 16mΩ
是因为我们在这个高压的情况下
我们下管的这个导通时间会更长一些
这个时候我们把这个下管做优化的效率有更高的提升
这也是一些比较比较重要的一个点
其实还有一些细节上的点
其实我们这边没有列出来
比如说是我们这个点的一个上升沿
不同情况下不同的充电器的上升沿也是不一样的
上升沿越高的话你上升沿越快的话效率就达到越高
但随之而然的会产生一些 EMI 的问题
就要看你上升沿到底是不是很好的
是很好的没有过充的
这个上升沿是对上升沿的控制是比较好的一个
就是也需要注意的一个点
这个地方就是说充电电压的一个精度的一个要求
举个例子这个可以看到
这是我默认这个充电电压的一个 4.2V 的一个限制
举个例子
如果把电压设在 4.1V 的话
它的说明这是这是它的充电次数
大家可以看到这个充电次数就在 4.2V 的时候
如果充电次数在 500 次的情况下
如果电压是只要高一点点
从 4.2V 跳到 4.5V
这个数据就直线下降
这个你说 4.3V 和 4.35V
只要高一点点它的寿命会下降的很厉害
那就是说我们对这个电压的要求精度的控制
因为这是充电 IC 自己选的时候精度的控制
这个地方是要求特别高的
如果这个精度比如说这个地方
如果别人精度其它地方可能看到只有1%或者2%
这个地方如果偏了2%的话
相当于是你的寿命就会差很多
你就会考虑你会在设计的时候会考虑
这个你要把这个 MIN 这个值要高于这个值
相当于是你的
就是如果你设计的时候一般会怎么去规避这个问题
一般就是我们选这个充电 4.2V 的这个 MIN 的值
所以这一点对吧
我把这一点就把充电电压设低一点
我把这个量不会超过 MAX 的值
我永远不超过它
永远不超过它不会出现过压的情况
这样的话就会感觉它流量变小
这个时候其实就是说对于你的精度
如果精度的百分比越精确的话
你这个容量就会更好
然后也不会出现这个保护的情况
也不会出现什么就是这个寿命的问题和安全问题
TI 在精度控制上面是做得比较好的是正负0.5%
这个地方可以强调
这个是一个充电电流的一个控制
充电电流的一个控制
就是说在不同电流下
充电时间的一个区别
主要是说根据你不同的充电电流
你可以去选这个截止的电压点
你这个地方是 CC 的时间
这个地方是 CV 的时间
CV 的时间主要是取决于
你的上面的一个就是整个充电通路
和我们充电这个 Pin 到你这个电池之间会有一些 Rdson
和电池里面的一些内阻
那这些这些值都要考虑
就在 CC、CV 的时候都会花你的时间
你这个时间如果特别短的话
这个值特别小的话
你的这个时间充电时间就可以继续减短
充电时间就会减短
充电时间就会减短
我们 TI 也会加一些什么安压补偿
还有一个办法更简单
还有一个办法就是我们 CSD charge 里面就是 25808D
它会加一个 Battary CS 一个 Pin
你这个 Pin 直接就可以伸到电池和电芯里面去
直接去采电芯的一个电压相对比较准的一个电压
这样产出来的电压比较准以后
你现在是把那个阻抗
它可以通过一些就是它输出的电可以把电压抬一点
然后这个相当于是电芯的值
我只要把这电芯电压不过压
我输出电压高一点其实没有关系
因为只要电芯是安全的
这个东西还是可以进行又安全又电流比较大的一个快充
从而这样可以减少一个那个
就是 CC、CV 的一个时间
这也是一个点
这个就主要讲了输入功率检测
我们还有一个硬件的一个 Pin 可以做输入电流检测
就是我们在那个比如说我们的 BQ24296
或者是 BQ25895 这种移动电源上面
你可以尝试试用这个
就是你如果不用软件配置的话
它默认情况下的限流值是是比较大的
它可能是 5V2A 或者是 5V1.5A 或者是 2A
你都可以通过这个硬件的 Pin
就不用那个不用 I2C 去操作它
有硬件的 Pin 来完成这个功能
有硬件的 Pin 来完成这个功能
硬件的 Pin 的话
我们可以根据这个采样的这个电阻
这边有个电流源去发一个电阻
电流源会给它进行供电
然后这个上面会产生一个电压
我们可以通过采这里的电压去跟它进行一个比较
然后从而达到跟输入电流进行比较
从而达到从硬件上控制输入电流的一个功能
最后就是说你软件出现有异常的时候
可以通过硬件的 Pin 来保证
这个限流是 OK 的是可靠的
这个限流是 OK 的是可靠的
这个只是一个也是多一层保护
然后还有一个就是我们这个软件上的一些限制
软件上的话就是这个东西对精度的要求
我们现在的设计是说比如说你软件上受到约束
USB2.0 比如 500mA 的时候
USB2.0 比如 500mA 的时候
我就把这个值完全硬件限制在 500
这个地方有些偏差
偏差的话我们也能保证
这个偏差就永远不会大于 500
至少保证就是我在是 500 的时候不会超过 500
这个地方是我们这边重新
就这个规格上面是专门
因为这个就是如果设 500 就永远不会超过 500
这样就不会导致出现适配器有可能会被拉低的情况
这个是输入的电压的功率检测
这个里面就是输入点的电压值
就这个输入的限压功能
限压功能我们可以通过软件就是这个 DPM
比如说有个很精细的一个输入电压的检测值
输入电压的这个电压可以通过 I2C 来进行配置
每一个 step 是个 80 个毫伏
相对来说这个 step 是比较精细的
你可以选很多档
比如 4.35 可以加大
比如加到 4.4 加到4.46、4.48
它就是比较精细的
就给你一个很容易选择一个电压值
那么你这个电压值主要是因为
这个电压值其实经验上讲
一般来说是一般要比电池电压高
一般 150mV 因为我们充电 IC 会在
会在电池电压高 120mV 的时候
就是低于 120mV 的时候
会认为它是进入 C Port
就认为这个输入电压太低了
现在无法工作
我们必须要就一般来说把这个电压点维持到 150mV 以上
就能保证充电 IC 能够正常工作
也能够保证把适配器的电压不会拉的太低
一般是这样
这个就是看你这个电池电压
和这个输入端的一个要求
其实也可以如果输出电压比较低的话
你也可以动态的去调整它
你也可以动态的去调整它
就比如说你在电池电压比较低的时候
你把这个电池电压拉低点
你把这个电池电压拉低点
如果适配器能承受的话
你看输入功率调低
就输入电压调低一点
这个保证更大的电流出来
电池量比较高的时候往上调
可以进行一个动态的调整操作
这个也是一个比较好的技巧
最后就是讲一下我们这个预充和温度的一个好处
是这样的就是在我们预充的时候
我们的系统电压就电池没有电的时候
或者电池电压比较低的时候
我们的系统要能保证
我们要保证这个系统要能工作的话
我们要保证这个系统要能工作的话
那么在适配器插上来要立马能工作的话
就举个例子
像手机你在电池完全放到没有电的情况下
像手机你在电池完全放到没有电的情况下
你要插上
至少看到这个手机能够有一个显示
说是在充电
用到这个功能的话
就需要这个里面有个 Power Path 这个管子 Q4
这个时候当我们插入的时候
我们的系统是工作在一个最低的系统工作电压点上面
这个电压点应该是 4.5V
你也可以通过这个软件适配器来进行调整
这个地方工作在 4.5V
这个地方这个 Q4 管子接通
就在这个时候要把这个 Vsys 的电压和 Battary 电压要分开
Q4 管子就工作在一个饱和区
就是这个可变电阻区
就变成了变成了类似 LDO 的一部分
就是一个通过这个地方就是给它进行一个充电
就是通过一个比较精确的限流的电流进行一个充电
这个时候就是既给它进行一个电流的充电
又能把这个系统构建
还是运输的时候我们可以调整运输的电流
那运输的时候
它这个时候是通过这一端来进行调节电流
通过这个调整这个板子电阻
来调节这个电流来进行充电
然后从而达到一个就是那个系统这边分开
然后同时又精确的控制预充的电流
这个地方是这个在充电
这个是充电 IC 里我们充电 IC 里面
会有一个当充电开启的时候
和充电截止就充电关开启和关闭的时候
我们的系统电压会比我们电池电压会高
如果充电开始的时候
相当于是我把那个 Q4 那个 MOS 管完全打开
充电电压就系统上的电压
就跟它是完全是一个固定值
这个完全是用 Rdson MOS 管直通过去的一个值
然后那个充电的电流是由 DC/DC 来进行控制
这个地方就是如果当出现这个系统
如果就是如果出现不充电
如果就是如果出现不充电
但是有适配器插上去的情况下
举个例子
充满这种情况下
充满这种情况下
我为了保证我的所有的电都是从适配器过来的
就是保证假设在系统端
如果有负载的情况下有负载跳变的情况下
我会时不时的去拉电池的情况
这个时候就用一个把这个系统的电压往上抬一点
就是当系统这样负载端就是手机端
比如说是有信号
就比如你打电话的时候那有一个大的负载
就是有大的负载来的时候
让我能保证这个系统上的电压
它的跌落就不会超过系统上的低落
如果是在正常的能力情况下
它就不会去用电池的电
而一直是用这个 5V 过来一个电
这样来完成一个操作
这个目的就是说就满足这个功能
然后这个电压一般默认的情况是 150 个毫伏
比这个电池电压高
从而可以达到的就是这个系统电压的一个维持
然后可以还有就是两个电压的维持
也是一个我们刚才说的 3.5V
一个是最高的这个 4.35V
电池电压加上 150mV
达到这样一个功能
最后对比一下就是说不同的充电 IC
这个其实可能大家更关心一点
就是对于这个输入端的电压的一些限制
就比如说像这个 BQ2419X 系列
那这个输入端的电压
这个我们推荐工作电压是 17V
那就表示说在 17V 以下 3.9V 以上
我们的充电 IC 都会正常的工作
就表示你只要插上这个电
它至少能够 DC/DC 是继续工作的
高于这个 17V
在这个地方可以看到我们这边有个绝对值
从 -2V 到 20V
这个意思是说在 -2V 到 20V 的这种条件下
我们充电 IC 在只要是插上这个电以后
它出现在这个情况下不会坏这个意思
但是举个例子
如果是 17V 不到 20V 这个之间的情况下
充电器会出现过压的情况
但是它是不会工作的
但是长时间处于这种情况
只是说保证不坏
但是它不会工作
这个地方可以对比下
就像 bq2429x 这个性价比会更高一点
那它对输入的电压的要求会更低一点
就这里边会只有 -2V 到 15V
也是比较比较高的一个范围
但是这个地方给你的一个要求
就说你设计的这个充电的这个系统
不管是你打浪涌或者什么
最好不要去超过这个绝对的电压值
如果你超过了这个绝对的电压值的话
那就可能对这个充电 IC 造成了影响造成一些损坏
如果你只要设计的系统
电压你只要一旦看到的在这里面之内
你随便怎么搞
它一般都不会出现问题
只要你搞清这一点就不会出现这种问题
所以最后一个就是这个地方
我们这个比如说 BQ2429X 它的这个保护点它也不一样
这个地方这个的保护这个过压保护是 17V
这个过压保护是 6.2V
下面是针对于 5V 的这个充电系统高于 6.2V 以后
这个就是过压
你可以得到这个过压的一个状态
最后就是我们的 2419x
是可以做到最终保护到 12V 的适配器
19x 就直接就可以接入到 12V 的充电器
12V 进来它可以直接充电
这个地方还有一个就是 Sleep Mode
Sleep Mode 就是刚才我们讲了就是
如果当这个电池电压比较高的时候
输入电压又比较低的时候
这个时候其实就输入电压比电池电压低的时候
就比如说一些 VBUS 的电压就是 USB 端肯定只有 3V
那是那个电池电压肯定有 4V
那这种情况下充电 IC 是不工作的
充电 IC 就是通过这个点进行一个判断
它是不是高于 3.8V
是不是高于这个电池电压
如果这两个都判断为高的话
那这个整个内部的那个 LDO 才会启动
那个 LDO 启动以后
那整个的 DC/DC 它才会启动
这样一个模式
最后退出这个 Mode 的话
它也是通过就可以看到就是这个 REGN 是不是启动了
Q1 是不是导通了
其实我们可以通过判断这个充电器是不是启动
一般在 Debug 的时候可以看到
如果 REGN 是不是有
如果 REGN 有的话
至少这个芯片至少不是在这两个状态上
最后就是说那个 C port 的话情况下面
这个我们的静态功耗是比较小的
这个地方还有介绍一下
就是我们 REGN 的一个电压的范围值
默认这个都是比较常规的默认
正常 5V 充电的时候是 5V
5V 的时候是 4.8V
然后用 10V 的时候是 6V
最高时我们在 6V
这个东西 REGN 主要的工作
是给这个地方进行一个 boot
然后就是通过这个电容给它
进行一个自举的这个 Q2 的一个功能
还有一个功能就是给内部进行供电
与此同时那个 REGN 还有一个功能
是说 REGN 还要通过那个
我们内部的供电是通过这个 REGN 来完成的
还有一个就是对于温度 Pin 的一个控制
把这两个电压是一定要接在一起
这两个接在一起以后
如果它温度出现这个漂移
出现在温度发生进行变化的时候
它这两个是同时进行漂移的
最后它产生的比例
我们最后通过这个比例的比较的话
它的比例是在温度变化的时候是不受影响的
最后我们可以通过这个加一个 NTC 的方式
可以把这个点的电压的变化值
可以给一个很好的一个测出来
把这个值测出来以后
我们会在这上面这个阈值
那最后面一幅图可以看一下
就是我们在不同的域值的情况下
我们会进行充电 IC 的保护
比如说这个地方是零度的时候
就这个 NTC 的值如果是在 73.5 以下的时候
那这个时候零度完全不充电
那这个时候零度完全不充电
那这个是一个 45 度的时候
45 度以上我们进行也可以进行一些保护
可以进行完全说它不充电
是这样一个要求
在 OTG 的时候
在 OTG 输出的时候
这个地方是两档的一个保护
这个地方是有一个输出电压的一个更低的要求
还有一个在 OTG 的时候
这个是说就是在我们充电 IC
通过电池对外输出的时候
这个时候电池的要求没有充电那么严苛
它可以把温度放宽一点可以到 60 度
所以这个都是一些硬件的一些保护
就是软件上面可以不用再额外去设计
关于 OTG 的话
那有可能有几个保护功能就可以看出来
第一个是过压的
那这个很容易
然后还有一个是过流的一个保护
就是说我们这个下管的
如果出现电流过大的情况下的话
如果出现电流过大的情况下的话
现在势必会出现短路
这边出现短路和过流的情况下
我们这边 OTG 也能够合法的进行一个识别
是这样一个过程
就是说输出电压有差的时候
我们在这个地方是有一个
输入的电压电流的最大电流的一个限制
那限制以后就最后可以限制到它那个输出的功
最后它可以就是这个实现一个打嗝的模式
如果出现短路的情况是有打嗝
如果出现短路的情况是有打嗝
打嗝以后这个 VBUS 会在一定时间内重启
这样限制了对外的一个功率
最后就是一个这个是一个保护
是说我们在电池电压这边
如果系统端如果你在安装的过程中
或者是你在这个你在安装的过程中
或者是就是你在生产的过程中
如果电池已经透掉了
那系统在出现短路这种情况
那我们这边会有一个基本的保护
就是如果它电流出现过流的情况下的话
我们可以把这个 Q4 管给关断了
一般的关断的电流的话比较大会是 9A
还有一个就是 adapter OVP
这个是电压值
是我们在检测这个点的电压
有可能是其它地方过来的
就是或者是系统和那边过来
如果出现过压的话
我们也会出现一些我们会进行一些相应的保护
把 Q4 关断
最后就是说我们跟竞品的一个分析
就是说这个我们如果是把 Q4 管放在里面的
和放在外面的一些区别
放在外面有些最大的问题就是说
它这两个对 PCB 板的面积会大一些
还有就是这个机械会复杂一些
然后它一般来说是不能够精确地测量这个截止的点
因为你的系统端和充电端是连在一起的
节点的电流与系统端可能一直有电
这边也有基本有电
这两边电位是相加的
我只能算到一个总电流算不到分的
那这种情况像我们这个充电 IC
现在这个电流采样是在这里面的
那这边的电流是知道的
系统端有多少电流
是不影响到这个我充电的时候精度
就电流的精度可以保证可以充的很满
你要求这个
然后还有一个就是充电温度的一些检测
这个 IC 实际上是没有温度检测的
另外我们这个是带一些温度检测和 OTG 的
简单介绍一下
这个是一个 size 的对比
可以看到这个 size 的话
这个 size 的话
因为它有些效率的问题和发热的问题
它做不到很大
那我们这个可以做到很大
做到 2.5A 和 3A
同等的 size 它的功率做的更大的
可以达到的效果会更好一些
也不需要额外的一些 FET
这个还有一个就是成本的对比
成本对比上面可能就 BAT FET 的还有 Rsense
它本身是会花一些这个会需要一些 cost
这个东西如果整体加起来的话
它的性能还是会比较好一点
最后总结一下
就是说今天主要是介绍一下
就是电池充电的一个基本的环路
就不同的环路包括了电压、电流
然后输入的电压、输入电流
还有温度这些环路
然后还有包括这种就是我们这个路径管理
然后动态功率管理
然后还有充电的结构一些图
最后还有这些参数
我们只要先关注哪些参数
就是我们之前说的这些
各位下午好 我是张 是东莞的 FAE 那这边主要负责的客户是一些消费类 然后是手持设备的一些东西 所以今天跟大家就是聊一些充电 IC 里面的一些干货 就说充电 IC 里面有哪些功能 然后充电 IC 为什么称之为这个 IC 而不是一个 DC/DC 它跟 DC/DC 的一些区别 然后还有一个就是说 我们充电 IC 里面的一些规格 那些参数是很重要的 我们通过这个 slide 来给大家一些做一些分享一些介绍 就这个是我们的一个目录 大家可以看一下 我们这边可能会分三个地方来看一下 就是一个充电 IC 基本的一个系统的框架 然后一些功能 那主要是讲要一个就是系统 我们的充电 IC 的系统里面它有五个环路 那这五个环路里面就包括了 最基础的一个充电电压 充电电流的一个环路的一个配置 那还有一个就是包括我们 TI 特有的一个 就是输入电压的电流的一个功能的检测 那除此之外 还有刚才有那个下面的那个兄弟问到的是说 就是我们当那个充电出现过温的时候那怎么处理 那充电 IC 它会给这个最基本的一个功能 给出一个最基本的一个范围 是说大于比如说 50 度或者是小于零度 那这个时候我充电 IC 如果判断它现在处于这个状态下 我就不会进行充电 那可能我基本上可能再简单介绍一下 就是那个电压计那边 它会给我们一个参考值 然后让我们来去做 那具体谁来做的话 是说就是我们实施 它只是来建议一个值这样一个配合的一个功能 回到这一块 我们可以看一下 我们可以看一下 就是充电 IC 里面那主要是讲的 就是里面有五个环路 那是那个输入电压、电流 然后充电的电压、电流 然后还有温度 那还有一些功能 就是还有一些 就是那个不同的充电 IC 的构架上面会有些功能 比如说像这个 Power Mux 就是这个固定管理 以及这个动态的工艺调整 可能刚才也介绍过这个就是跟我们的 2589X 这种快充的和动态工艺调整 这种可能后续再介绍一下 然后后面就是说还有关于这个充电参数的一些配置 和这个应用的一些参数 这个我们可能大概介绍一下 以后看这个书就可以着重看这一点 然后就可以选出你想要的东西 那也可以知道这个重要性能是什么样的 那最后就是对比一下我们跟竞品的一些长处和优势 那么往下 这个我们的充电 IC 这个应用很广泛 包括手机上包括这个就是平板上 包括像这种手持的设备就有包括很多地方都有 包括像这种手持的设备就有包括很多地方都有 那这个我们就概括一下 那这个东西就是说什么叫做充电 IC 它说充电 IC 它有几个点 就是说一定是说我们充电电流 我们分充电一般来说分两个阶段 那一个阶段是说恒流阶段那我们称之为 CC 阶段 然后还有一个恒压充电阶段 那就是 CV 阶段 那在这两个阶段里面 我们有两个核心的点 就是保证电流的控制要更精确 那保证第二个控制要更精确 那这个时候就需要我们的一般的 DC/DC 和充电 DC/DC 和充电 IC 的一些区别在哪里 这个是一个很简单的一个 DC/DC 的一个环路一个拓扑构架 那我们一般来说 我们都会选其中一个环来进行实施 环路保护了比如第一个是一个 比如说如果是一个电压环路的话 那我们就选其中的一个环 还要保证这个电压环路 当这个电压出现变化的时候 通过这个运放 然后调整这个点的电压 然后最后通过调整 PWM 的占空比来完成这个对于 通过调节 PWM 占空比来完成 电感电流的就单位时间内电感电流的一个控制 那从而通过这个环路通过一个负反馈的环路 来完成对这个充电电压的一个环路的一个控制 那么充电电流的环路控制它也是类似的 那只说我们把这个采样的电压信号 通过用合适的方式 比如说串电阻的方式进行变成电流信号 那通过这种电流信号跟阈值进行比较 那比较以后 然后最后产生一个控制电压 VC 然后最后产生一个控制电压 VC 跟那个叫做这个锯齿波信号进行比较 产生一个脉冲就那个一个脉冲信号 通过这个脉冲信号加在输出级上面 通过这个脉冲信号的改变的大小 可以改变这个单位时间内的占空比的电流值 那可以完成一个电压的一个控制 那一般的电压 那个一般的 DC/DC 它一般只有一个环路 那就是说一个单个的电压环路和电流环路 然后还有一些就是一个瞬态的响应 和一个输入的是单个的负载的一个输入 它只是完成一个这样一个简单的功能 对比一下我们一个基本的一个充电 IC 它能完成什么功能 它是把这个电压和电流环路 同时在这个地方进行一个结合 那结合以后它会出现这种情况 就是当这个电池就是当那个电池电压较低的时候 那电池电压低于这个 VBAT 就是电池电压低于这个电压的时候 那这条环路由于这个地方是比较低的 那这个地方也输出了低 那两个地方去通过电流源的 通过叠加的形式加在一起 那我们这边一般会在一个串一个二极管这种类似的东西 可以保证在这种情况下 这个环路是不进行工作的 最后不进行工作的 只是通过这个地方 因为我们在这个地方设置了电流 比如说是 2A 那你要保证通过这个地方要有 2A 这个地方采回来的电流也是 2A 通过这条环路来进行一个正常的一个工作 那在这种情况下 那当电池电压信号比较高的时候 我们通过采样这里的电压 跟我们的 VBAT 的这个电平进行比较 那比较以后我们这个整个环路 在这边这个地方的电压会逐渐升高 以至于高过它以后 那你把这个信号盖掉 盖掉以后然后这个 VC 电压 就再通过这个地方去调占空比 然后形成一个主流环路的一个控制 所以说在这个地方是我们通过了两个运放 然后采用了不同的电压电流 根据电压电流的信息 不同的信息来做一个不同的一个切换 所以说这个地方就是基本的一个充电 IC 是有一个这个恒压的控制 以及恒流的环路的一个控制 那这两个环路的控制之间 它是通过一个二极管串一个二极管在上面 然后就是说达到一个 就是如果这个电压比较低的时候 这个电压没有达到的时候 它就不进行工作 它就不进行工作 那如果是从这个电压比它高的时候那才进行工作 还是达到这种同时控制的一个效果 那还有就是那充电电压的一个控制 它对这个输出电压是有这个要求的 就是说这个充电电压的一个精度一定要足够的高 如果这个精度如果不是特别 就是 CD 的电压精度不是很高的话 那就可能导致这个地方的电池电压 可能出现过充和出现过充和过压的情况 那这种情况会降低电池的寿命 以及可能会出现潜在的一些安全问题 最后就是说电池可以变成一个那个 load 和 source 就是这个地方电流可能是这样进去也可能这样出来 那在这个时候它会对电流的一个动态响应会有些要求 这个可能后续再看一下 说完这个这两个环路的一个介绍 就基本功能这个介绍以后 就基本功能这个介绍以后 我们在我们的那个充电 IC 为了保证 就是针对于输入电压的一个输入电压的一个控制 那这个环路的主要目的是什么 就是就是我们可能之前刚才也提到过了 就是对于我们的那个是充电端口的 5V 电压的输出能力是不同的 那有些端口有些是 5V 有些端口是 5V500mA 比如 USB2.0 的 那我们现在就适配器的话也有不同的规格 有 5V1A 的，有 5V2A 的 那我们怎么去保证就是我们在充电 IC 在任何情况下 不去把前级的这个电流就拉出过载的这种情况 那我们就通过了一个就是采这个电压 我们这个采这个我们可以通过这个软件 我们可以自己通过那个限制输入端的电流 来达到一个同样的来减电流 来达到一个输入功率的输入电流的一个动态的一个调整 那举个例子就是 可以看一下我们这个环路的工作的状态 可以看一下我们这个环路的工作的状态 主要当这个电流是我们通过这个输入端进行采样的 那采样出来的电流信号 跟我们的这个信号跟参考信号进行对比 那当这个信号当这个电压比它电压比较高的时候 那这条环路就为高 那整个 control 它就起主导作用 那这个时候它通过 PWM 的控制 来降低这个后期的一个输出电流 那就是说通过相当于是这边的 VC 升高 然后把这个 duty cycle 减小 减小基本上是反向的一个逻辑 把这个 duty cycle 减小 减小以后就整个把这个输出的电流降低 那相当于从而就降低了这一点的一个输入的电流 它就通过采样输入 然后最后实施那么充电电流减小 然后最后实施那么充电电流减小 达到这样一个就是一个充满负反馈的一个过程 那这样就可以保证我们在输入电流 可以达到一个恒流的一个控制 那这个是一个就是输入电流的一个控制 那这个东西主要是用于这个 USB 的端口 和以及就是我们已经规定好的 比如说 USB 和那个 DCP 规定的默认的端口是这样来设计的 这个说完输入电流以后 这个环路又相对复杂一点 就是说对输入电压的一个限制 就是我们不仅限输入电流 还要限输入电压 那输入电压是怎么设计的 就当这个点的电压 就是我们适配器会出现 因为适配器本身是会有一个 就是那个就是恒压曲线的 那我们要保证就是说适配器的这点的电压 要不能低于一个阈值 就是前提如果适配器的电压如果低于阈值的话 可能会导致比如说这个 USB 端口 那可能会低于就被拉跑 或者是这个适配器出现过载的情况 那这个情况我们就可以通过软件来设置这个值 就是 VIN 这个计数器的参数 那我们的系统会充电 IC 会根据采样输入电压也是根据这个运放 当这个电压高于这个时候 充电 IC 高于这个时候它不进行工作 当它跟它差不多的时候 它才从通过这个地方来达到减电流的效果 最后完成一个限制住当前的电压的一个功能 那这个东西主要是用于那个充电 就是你的输入端的那个充电电流是未知的情况下 那我们去通过这种 CB 的这个就是 input Voltage 的 这种限压的方式来进行减电流 那最后主要是增加了那个最大的一个充电效率 你这个时候是把这个电压限在 比如说是一个 4.5V 或 4.6V 那这个时候是当前的适配器的功率 是可以完全通过这个电压环路 是可以完全通过这个电压环路 可以完全控制的 那现在是有达到一个比较好的一个工作状态 最后就是我们刚刚提到的 就是关于一个我们这个温度控制的一个环路 温度控制的一个环路 它是这样一个工作流程 它就说是我们采样 我们在这个 MOS 管上面的一个温度的控制 当这个 MOS 管就 MOS 管的结温 就是芯片内部的温度大于一定阈值以后 那我们就通过减小占空比的方式 来把这个输出电流减下去 输出电流被减小以后 输出的功率也是有所控制 从而通过这个方式 来完成一个发热的一个控制 那我们这边可以看到我的结温 这边有个图对比很明显 就是我们结温上升的时候 这个地方充电电流会逐渐出现影响 这个结温到达一定值以后 就出现这个环路电流就下来了 这种情况主要是应用于 就是在那个室温环境如果比较高的时候 那这种情况 然后我们的充电 IC 有温升自己有温升会比较高 电流比较大的情况下 那它就自己内部有个环路来降低这个东西 主要是保持这个充电电流能在可控的范围之内 这个地方主要是讲了一个传统的充电 IC 的一个拓扑结构 那传统的拓扑结构里面 就是说我们就是类似一个 DC/DC 是输入端 通过一个 DC/DC 一个 Buck 给这个电池进行供电 那当这个电池电压如果出现耗尽的情况下 这个地方没电的时候 这个系统是起不来的 因为这个电池是被它钳住的 钳住起不来以后 我必须要把这个电池给它充满电以后 系统才能工作 然后包括截止的时候 我也需要就是说 这个就是说在传统的结构上面 我们用一些办法来避免它让它进行 就是用传统的方法 就是说加一两个二极管的方式 可以让这个就是没有系统没有电的时候让它启动 那与此同时还有就是系统端和这端 我们把它电压进行分开 那就系统端充电的时候 你给它充电的时候可以不用给它 就是传统的方式是说 我们用分立的方式把这个系统 就是系统没有电的时候可以启机 然后通过二极管的方式把这个整个功率给隔开 整个功率是由这个地方来进行限制 但是这个地方就会存在一个问题 就是说当你适配器插入的时候和不插入的时候 你的系统电源上的电压是不一样的 那你针对于这个系统的耐压值的设计 那这个点 那你必须要至少耐到 Vin 端的端口电压 那你就不能只耐到这个电池端的一个电感的电压 如果我们为了把后级的电压 这个电路设计的更简洁或者是更安全一些 我们可以通过加这种 MOS 管的方式 我们可以通过这种外加 MOS 管的方式 把这个充电端口 把这个 Vin 端和 Vsys 端和电池端 这两个端口进行分开 那你分开以后充电是充电，对吧 系统端是系统端 系统端是系统端 系统就是这个电池没电的时候直接通过这边给它供电 这个东西我们就用小电流充电 它完全可以完全达到一个 独立的就是启机的一个效果 然后适配器相当于是对适配器的要求没有那么高 对适配器的要求就完全取决于 就是这个 DC/DC 的一个工艺的要求 就是这个 DC/DC 的一个工艺的要求 那之前的这个就是说需要这个 Vin 额外给它供电 与此同时还需要这个给它供电 这样就是如果你这个地方有可能会被适配器 如果供电能力比较比较弱的话 会把这个 Vin 会被拉低 拉低以后对适配器来说不是特别的好 通过了通过了这样 Pmax 这种的 至少是系统端如果出现有电流的时候 那直接通过电池这边给它进行供电 电压没有一个剧烈的一个跳变 所以对适配器来说不会有太大的影响 这个就是这个以前那个拓扑构架的一个东西 这个就叫做 NVDC 的充电 IC 那就是说在 NVDC 这个地方的电压 它不像以前有一个巨大的一个跳变 那有巨大跳变的时候 就是说这个时候就对系统的设计会有更高的要求 NVDC 主要是用于在就是单节电池充电 或者是单节电池充电上面来会比较多一些 或者是单节电池充电上面来会比较多一些 像那个旧笔记本上面可能会是 12V 的这个会多一些 笔记本上因为它现在有那种有 12V 就是那种三级的 12V 的电源 这个就是 12V 的系统电压供电 或者是你 charger 20V 进来以后 它也是 12V 电压供电 这就是 NVDC 的 如果我们退到刚才那种情况 就是笔记本上会遇到一种情况 就是有一种情况是这边是 12V 然后你插电进来的 以前的笔记本就是插电进来以后变成 20V 那相当于你系统所有的那样的器件耐压要求一定是 20V 的 就不是 12V 的选择 这个对于后级器件那个选择的那个要求更严格一些 成本相对来说会更高一些 所以 NVDC 有 NVDC 的好处 可能就是对于单节电池 比如说手持设备这种话 比如说手持设备这种话 用 NVDC 会更方便 用 NVDC 会更方便 下面我们就来看一下 我们那个充电 IC 的一些参数的一些选择 就我们可以根据我们输入电压和控制接口 我们这个充电 IC 的一些结构 有传统的就是之前说的串一两个二极管的 它的 NVDC 就是电池跟系统连在一起的 Turbo Boost 是这样 是在这种传统结构上面加一个 就是我插进适配器是 20V 就是我插进适配器是 20V 那当电池没有电的时候 当这个系统有个大的负载的时候 需要一个 20V 很高的负载 那我把这个充电 IC 从 12V Boost 到 20V 然后给它充电 它是另外一种拓扑构架 这个有兴趣的话可以看一下我们的 TPS24725 这种芯片 带 Turbo Boost 带 Turbo Boost 然后这个上面就是用充电 IC 的结构和充电 IC 这个选择 就是说你是集成方案还是分立方案 各有各的好处 集成方案的话就是就比较小，面积比较小 分离方案就是说效率会高一些 你可以选择器件 总的构架来讲 目前现在拓扑结构都是一个 buck 的构架 那就电压电流的一个选择 就会有三个选择 就会有三个选择 系统电压的一个要求 然后化学特性的选择 用 TI 会根据不同的那个电池的化学特性 会有不同的充电 IC 的类型 你比如说我们现在一般讲的都是锂电池 那锂电池就是针对锂电池的电压以及不同可以进行选择 那我们也有一些铅酸的 那这上面的充电会有些不太一样 至少还有一个充电的温度的把握 那包括一般温度保护就是一个过温过热 这个温度比较简单一点 就举个例子 比如说是零度以下或者是 50 度以上 那这个就直接不充 那比如说在零度和 50 度之间会有一些细的要求 比如说零度到十度和 40 度到 50 度之间的细的要求 这是一个阶段的标准 充电 IC 硬件上是满足这个其它的标准 这个可以就是根据不同的要求可以选不同的充电 IC 保护上面其实这个东西都会比较齐全 关键是比如说都有过压保护 然后什么输入限流保护 电池的过压保护 然后还有一个就是带不带 OTG 功能 带 OTG 就表示说这个不仅能充电 还能通过电池对外从 USB 口对外放电 这个也是一个需要参考的点 那其它就是 OCP 和欠压这些都是一些基础的保护 这个可以看一下我们后面 最后还有一个封装的要求 封装上面的话就是 CSP 和 QFN CSP 的话就是我们总的来说 就是 CSP 的话 Rdson 上可以做的更小一些 那效率优化实际上是最好的 但 CSP 会存在一些就是焊接工艺上的一些要求 这个是一个区别 后面就是讲一下 我们如果要看一个这个充电 IC 这个规格书 就选哪几个点来看 首先是说怎么去选 那怎么去选的话 TI 是登陆我们的 TI.com 然后那个斜杠 charger.com 可以看到 然后那个斜杠 charger.com 可以看到 我们这边有些就是电池包的特性 然后充电结束 然后充电电压的一些限制 然后充电电流的一些要求 然后输入端的一些要求 然后如果你把这些信息全部特别讲讲得很详细的话 你就能选出一个比较相对来说 合适一点的充电 IC 还有一个就是说我们会针对这个充电 IC 有一些大量的一些简介 那就是说这个就是说 针对于比如同步的锂电池的 锂电池的锂聚合物的 Stand-Alone 的意思就是说 这个可以不需要 I2C 接口来进行控制 它可以自己不需要 MCU 来额外管理它 是这个意思 然后 charger 就这个是集成 MOS 的这个东西 然后 Power Path 就是说带这个功率管理 带这个功率管理之后 就是说它在一个在路径管理的话 那就是说电池和在没电的时候可以启机就这几个功能 EC Table 里面主要是要强调是说 EC Table 里面主要是要强调是说我们在测试条件下 我们测试环境是从 -40 度到 125 度的 那我们充电 IC 大部分来说 我们的模拟 IC 都是这个要求 它可能有些竞争对手会给到只给到 25 度的这种情况 25 度的情况可能会比那个好一些 但是我们一般的规格都会比较严 就会把这个值所有标的很全 就是如果标在这上面讲 如果没有特别说明 那就默认都是 -40 度到 125 度 这个范围是比较宽的来满足这个需求 最后就是这个规格书的第一页 这个是我们的一些 Feature 这些东西有哪些优势 可以看到 就是说可以看到 94% 效率 这一块你要单节多节 这个从第一页就可以看到 这边集成的一些功能 这个保护这个哪些都有 一般来说这个规格书上面都会去给你一个大概的例子 就是这个一般是用在哪里 然后还有一些封装的信息 这个可以大家主要是目录找一下 这些可能也是最需要的 然后这个关于这个测试条件的话 这个主要主要强调一下 就是一定要看清楚我们的一个测试条件 我们是 VBUS 这个相当于是已经是在工作的情况下 如果是其它家它就可能只到 5V 那我们是可能是标在 VBUS 工作 到那个 VBUS 过压的这个位置之下 这种条件下相当于更宽一些 那特别像这种 还有这个特别像这种 TI 的温度 那温度这个范围其实很多参数在不同的温度下 特别是高温情况下 这个漂移的话是会比较明显的 比如说就充电 IC 你肯定会不可避免地遇到温升的问题 当出现温升的时候这个参数会出现漂移 这个地方它有些只给了一个 25 度一个典型值 如果它这个进行漂移的话 你这个东西是比较难以估算的 其它就是一个就是一个效率的优化 效率的话其实选起来其实很简单 就是去选这个就是去看它这个 上下 MOS 管的 Rdson 是多大 上下 MOS 管的 Rdson 是多大 你可以做个简单的对比 是说我们那个 bq2419 的 X 系列 和 bq2589 的 X 系列就是快充的 IC 可以看到明显的这个 bq2419x 的下管 就是说 LS 的这个 FET 那是 32mΩ 89x 我们特别为了这个高压的充电做了优化 把 32mΩ 减到了 16mΩ 是因为我们在这个高压的情况下 我们下管的这个导通时间会更长一些 这个时候我们把这个下管做优化的效率有更高的提升 这也是一些比较比较重要的一个点 其实还有一些细节上的点 其实我们这边没有列出来 比如说是我们这个点的一个上升沿 不同情况下不同的充电器的上升沿也是不一样的 上升沿越高的话你上升沿越快的话效率就达到越高 但随之而然的会产生一些 EMI 的问题 就要看你上升沿到底是不是很好的 是很好的没有过充的 这个上升沿是对上升沿的控制是比较好的一个 就是也需要注意的一个点 这个地方就是说充电电压的一个精度的一个要求 举个例子这个可以看到 这是我默认这个充电电压的一个 4.2V 的一个限制 举个例子 如果把电压设在 4.1V 的话 它的说明这是这是它的充电次数 大家可以看到这个充电次数就在 4.2V 的时候 如果充电次数在 500 次的情况下 如果电压是只要高一点点 从 4.2V 跳到 4.5V 这个数据就直线下降 这个你说 4.3V 和 4.35V 只要高一点点它的寿命会下降的很厉害 那就是说我们对这个电压的要求精度的控制 因为这是充电 IC 自己选的时候精度的控制 这个地方是要求特别高的 如果这个精度比如说这个地方 如果别人精度其它地方可能看到只有1%或者2% 这个地方如果偏了2%的话 相当于是你的寿命就会差很多 你就会考虑你会在设计的时候会考虑 这个你要把这个 MIN 这个值要高于这个值 相当于是你的 就是如果你设计的时候一般会怎么去规避这个问题 一般就是我们选这个充电 4.2V 的这个 MIN 的值 所以这一点对吧 我把这一点就把充电电压设低一点 我把这个量不会超过 MAX 的值 我永远不超过它 永远不超过它不会出现过压的情况 这样的话就会感觉它流量变小 这个时候其实就是说对于你的精度 如果精度的百分比越精确的话 你这个容量就会更好 然后也不会出现这个保护的情况 也不会出现什么就是这个寿命的问题和安全问题 TI 在精度控制上面是做得比较好的是正负0.5% 这个地方可以强调 这个是一个充电电流的一个控制 充电电流的一个控制 就是说在不同电流下 充电时间的一个区别 主要是说根据你不同的充电电流 你可以去选这个截止的电压点 你这个地方是 CC 的时间 这个地方是 CV 的时间 CV 的时间主要是取决于 你的上面的一个就是整个充电通路 和我们充电这个 Pin 到你这个电池之间会有一些 Rdson 和电池里面的一些内阻 那这些这些值都要考虑 就在 CC、CV 的时候都会花你的时间 你这个时间如果特别短的话 这个值特别小的话 你的这个时间充电时间就可以继续减短 充电时间就会减短 充电时间就会减短 我们 TI 也会加一些什么安压补偿 还有一个办法更简单 还有一个办法就是我们 CSD charge 里面就是 25808D 它会加一个 Battary CS 一个 Pin 你这个 Pin 直接就可以伸到电池和电芯里面去 直接去采电芯的一个电压相对比较准的一个电压 这样产出来的电压比较准以后 你现在是把那个阻抗 它可以通过一些就是它输出的电可以把电压抬一点 然后这个相当于是电芯的值 我只要把这电芯电压不过压 我输出电压高一点其实没有关系 因为只要电芯是安全的 这个东西还是可以进行又安全又电流比较大的一个快充 从而这样可以减少一个那个 就是 CC、CV 的一个时间 这也是一个点 这个就主要讲了输入功率检测 我们还有一个硬件的一个 Pin 可以做输入电流检测 就是我们在那个比如说我们的 BQ24296 或者是 BQ25895 这种移动电源上面 你可以尝试试用这个 就是你如果不用软件配置的话 它默认情况下的限流值是是比较大的 它可能是 5V2A 或者是 5V1.5A 或者是 2A 你都可以通过这个硬件的 Pin 就不用那个不用 I2C 去操作它 有硬件的 Pin 来完成这个功能 有硬件的 Pin 来完成这个功能 硬件的 Pin 的话 我们可以根据这个采样的这个电阻 这边有个电流源去发一个电阻 电流源会给它进行供电 然后这个上面会产生一个电压 我们可以通过采这里的电压去跟它进行一个比较 然后从而达到跟输入电流进行比较 从而达到从硬件上控制输入电流的一个功能 最后就是说你软件出现有异常的时候 可以通过硬件的 Pin 来保证 这个限流是 OK 的是可靠的 这个限流是 OK 的是可靠的 这个只是一个也是多一层保护 然后还有一个就是我们这个软件上的一些限制 软件上的话就是这个东西对精度的要求 我们现在的设计是说比如说你软件上受到约束 USB2.0 比如 500mA 的时候 USB2.0 比如 500mA 的时候 我就把这个值完全硬件限制在 500 这个地方有些偏差 偏差的话我们也能保证 这个偏差就永远不会大于 500 至少保证就是我在是 500 的时候不会超过 500 这个地方是我们这边重新 就这个规格上面是专门 因为这个就是如果设 500 就永远不会超过 500 这样就不会导致出现适配器有可能会被拉低的情况 这个是输入的电压的功率检测 这个里面就是输入点的电压值 就这个输入的限压功能 限压功能我们可以通过软件就是这个 DPM 比如说有个很精细的一个输入电压的检测值 输入电压的这个电压可以通过 I2C 来进行配置 每一个 step 是个 80 个毫伏 相对来说这个 step 是比较精细的 你可以选很多档 比如 4.35 可以加大 比如加到 4.4 加到4.46、4.48 它就是比较精细的 就给你一个很容易选择一个电压值 那么你这个电压值主要是因为 这个电压值其实经验上讲 一般来说是一般要比电池电压高 一般 150mV 因为我们充电 IC 会在 会在电池电压高 120mV 的时候 就是低于 120mV 的时候 会认为它是进入 C Port 就认为这个输入电压太低了 现在无法工作 我们必须要就一般来说把这个电压点维持到 150mV 以上 就能保证充电 IC 能够正常工作 也能够保证把适配器的电压不会拉的太低 一般是这样 这个就是看你这个电池电压 和这个输入端的一个要求 其实也可以如果输出电压比较低的话 你也可以动态的去调整它 你也可以动态的去调整它 就比如说你在电池电压比较低的时候 你把这个电池电压拉低点 你把这个电池电压拉低点 如果适配器能承受的话 你看输入功率调低 就输入电压调低一点 这个保证更大的电流出来 电池量比较高的时候往上调 可以进行一个动态的调整操作 这个也是一个比较好的技巧 最后就是讲一下我们这个预充和温度的一个好处 是这样的就是在我们预充的时候 我们的系统电压就电池没有电的时候 或者电池电压比较低的时候 我们的系统要能保证 我们要保证这个系统要能工作的话 我们要保证这个系统要能工作的话 那么在适配器插上来要立马能工作的话 就举个例子 像手机你在电池完全放到没有电的情况下 像手机你在电池完全放到没有电的情况下 你要插上 至少看到这个手机能够有一个显示 说是在充电 用到这个功能的话 就需要这个里面有个 Power Path 这个管子 Q4 这个时候当我们插入的时候 我们的系统是工作在一个最低的系统工作电压点上面 这个电压点应该是 4.5V 你也可以通过这个软件适配器来进行调整 这个地方工作在 4.5V 这个地方这个 Q4 管子接通 就在这个时候要把这个 Vsys 的电压和 Battary 电压要分开 Q4 管子就工作在一个饱和区 就是这个可变电阻区 就变成了变成了类似 LDO 的一部分 就是一个通过这个地方就是给它进行一个充电 就是通过一个比较精确的限流的电流进行一个充电 这个时候就是既给它进行一个电流的充电 又能把这个系统构建 还是运输的时候我们可以调整运输的电流 那运输的时候 它这个时候是通过这一端来进行调节电流 通过这个调整这个板子电阻 来调节这个电流来进行充电 然后从而达到一个就是那个系统这边分开 然后同时又精确的控制预充的电流 这个地方是这个在充电 这个是充电 IC 里我们充电 IC 里面 会有一个当充电开启的时候 和充电截止就充电关开启和关闭的时候 我们的系统电压会比我们电池电压会高 如果充电开始的时候 相当于是我把那个 Q4 那个 MOS 管完全打开 充电电压就系统上的电压 就跟它是完全是一个固定值 这个完全是用 Rdson MOS 管直通过去的一个值 然后那个充电的电流是由 DC/DC 来进行控制 这个地方就是如果当出现这个系统 如果就是如果出现不充电 如果就是如果出现不充电 但是有适配器插上去的情况下 举个例子 充满这种情况下 充满这种情况下 我为了保证我的所有的电都是从适配器过来的 就是保证假设在系统端 如果有负载的情况下有负载跳变的情况下 我会时不时的去拉电池的情况 这个时候就用一个把这个系统的电压往上抬一点 就是当系统这样负载端就是手机端 比如说是有信号 就比如你打电话的时候那有一个大的负载 就是有大的负载来的时候 让我能保证这个系统上的电压 它的跌落就不会超过系统上的低落 如果是在正常的能力情况下 它就不会去用电池的电 而一直是用这个 5V 过来一个电 这样来完成一个操作 这个目的就是说就满足这个功能 然后这个电压一般默认的情况是 150 个毫伏 比这个电池电压高 从而可以达到的就是这个系统电压的一个维持 然后可以还有就是两个电压的维持 也是一个我们刚才说的 3.5V 一个是最高的这个 4.35V 电池电压加上 150mV 达到这样一个功能 最后对比一下就是说不同的充电 IC 这个其实可能大家更关心一点 就是对于这个输入端的电压的一些限制 就比如说像这个 BQ2419X 系列 那这个输入端的电压 这个我们推荐工作电压是 17V 那就表示说在 17V 以下 3.9V 以上 我们的充电 IC 都会正常的工作 就表示你只要插上这个电 它至少能够 DC/DC 是继续工作的 高于这个 17V 在这个地方可以看到我们这边有个绝对值 从 -2V 到 20V 这个意思是说在 -2V 到 20V 的这种条件下 我们充电 IC 在只要是插上这个电以后 它出现在这个情况下不会坏这个意思 但是举个例子 如果是 17V 不到 20V 这个之间的情况下 充电器会出现过压的情况 但是它是不会工作的 但是长时间处于这种情况 只是说保证不坏 但是它不会工作 这个地方可以对比下 就像 bq2429x 这个性价比会更高一点 那它对输入的电压的要求会更低一点 就这里边会只有 -2V 到 15V 也是比较比较高的一个范围 但是这个地方给你的一个要求 就说你设计的这个充电的这个系统 不管是你打浪涌或者什么 最好不要去超过这个绝对的电压值 如果你超过了这个绝对的电压值的话 那就可能对这个充电 IC 造成了影响造成一些损坏 如果你只要设计的系统 电压你只要一旦看到的在这里面之内 你随便怎么搞 它一般都不会出现问题 只要你搞清这一点就不会出现这种问题 所以最后一个就是这个地方 我们这个比如说 BQ2429X 它的这个保护点它也不一样 这个地方这个的保护这个过压保护是 17V 这个过压保护是 6.2V 下面是针对于 5V 的这个充电系统高于 6.2V 以后 这个就是过压 你可以得到这个过压的一个状态 最后就是我们的 2419x 是可以做到最终保护到 12V 的适配器 19x 就直接就可以接入到 12V 的充电器 12V 进来它可以直接充电 这个地方还有一个就是 Sleep Mode Sleep Mode 就是刚才我们讲了就是 如果当这个电池电压比较高的时候 输入电压又比较低的时候 这个时候其实就输入电压比电池电压低的时候 就比如说一些 VBUS 的电压就是 USB 端肯定只有 3V 那是那个电池电压肯定有 4V 那这种情况下充电 IC 是不工作的 充电 IC 就是通过这个点进行一个判断 它是不是高于 3.8V 是不是高于这个电池电压 如果这两个都判断为高的话 那这个整个内部的那个 LDO 才会启动 那个 LDO 启动以后 那整个的 DC/DC 它才会启动 这样一个模式 最后退出这个 Mode 的话 它也是通过就可以看到就是这个 REGN 是不是启动了 Q1 是不是导通了 其实我们可以通过判断这个充电器是不是启动 一般在 Debug 的时候可以看到 如果 REGN 是不是有 如果 REGN 有的话 至少这个芯片至少不是在这两个状态上 最后就是说那个 C port 的话情况下面 这个我们的静态功耗是比较小的 这个地方还有介绍一下 就是我们 REGN 的一个电压的范围值 默认这个都是比较常规的默认 正常 5V 充电的时候是 5V 5V 的时候是 4.8V 然后用 10V 的时候是 6V 最高时我们在 6V 这个东西 REGN 主要的工作 是给这个地方进行一个 boot 然后就是通过这个电容给它 进行一个自举的这个 Q2 的一个功能 还有一个功能就是给内部进行供电 与此同时那个 REGN 还有一个功能 是说 REGN 还要通过那个 我们内部的供电是通过这个 REGN 来完成的 还有一个就是对于温度 Pin 的一个控制 把这两个电压是一定要接在一起 这两个接在一起以后 如果它温度出现这个漂移 出现在温度发生进行变化的时候 它这两个是同时进行漂移的 最后它产生的比例 我们最后通过这个比例的比较的话 它的比例是在温度变化的时候是不受影响的 最后我们可以通过这个加一个 NTC 的方式 可以把这个点的电压的变化值 可以给一个很好的一个测出来 把这个值测出来以后 我们会在这上面这个阈值 那最后面一幅图可以看一下 就是我们在不同的域值的情况下 我们会进行充电 IC 的保护 比如说这个地方是零度的时候 就这个 NTC 的值如果是在 73.5 以下的时候 那这个时候零度完全不充电 那这个时候零度完全不充电 那这个是一个 45 度的时候 45 度以上我们进行也可以进行一些保护 可以进行完全说它不充电 是这样一个要求 在 OTG 的时候 在 OTG 输出的时候 这个地方是两档的一个保护 这个地方是有一个输出电压的一个更低的要求 还有一个在 OTG 的时候 这个是说就是在我们充电 IC 通过电池对外输出的时候 这个时候电池的要求没有充电那么严苛 它可以把温度放宽一点可以到 60 度 所以这个都是一些硬件的一些保护 就是软件上面可以不用再额外去设计 关于 OTG 的话 那有可能有几个保护功能就可以看出来 第一个是过压的 那这个很容易 然后还有一个是过流的一个保护 就是说我们这个下管的 如果出现电流过大的情况下的话 如果出现电流过大的情况下的话 现在势必会出现短路 这边出现短路和过流的情况下 我们这边 OTG 也能够合法的进行一个识别 是这样一个过程 就是说输出电压有差的时候 我们在这个地方是有一个 输入的电压电流的最大电流的一个限制 那限制以后就最后可以限制到它那个输出的功 最后它可以就是这个实现一个打嗝的模式 如果出现短路的情况是有打嗝 如果出现短路的情况是有打嗝 打嗝以后这个 VBUS 会在一定时间内重启 这样限制了对外的一个功率 最后就是一个这个是一个保护 是说我们在电池电压这边 如果系统端如果你在安装的过程中 或者是你在这个你在安装的过程中 或者是就是你在生产的过程中 如果电池已经透掉了 那系统在出现短路这种情况 那我们这边会有一个基本的保护 就是如果它电流出现过流的情况下的话 我们可以把这个 Q4 管给关断了 一般的关断的电流的话比较大会是 9A 还有一个就是 adapter OVP 这个是电压值 是我们在检测这个点的电压 有可能是其它地方过来的 就是或者是系统和那边过来 如果出现过压的话 我们也会出现一些我们会进行一些相应的保护 把 Q4 关断 最后就是说我们跟竞品的一个分析 就是说这个我们如果是把 Q4 管放在里面的 和放在外面的一些区别 放在外面有些最大的问题就是说 它这两个对 PCB 板的面积会大一些 还有就是这个机械会复杂一些 然后它一般来说是不能够精确地测量这个截止的点 因为你的系统端和充电端是连在一起的 节点的电流与系统端可能一直有电 这边也有基本有电 这两边电位是相加的 我只能算到一个总电流算不到分的 那这种情况像我们这个充电 IC 现在这个电流采样是在这里面的 那这边的电流是知道的 系统端有多少电流 是不影响到这个我充电的时候精度 就电流的精度可以保证可以充的很满 你要求这个 然后还有一个就是充电温度的一些检测 这个 IC 实际上是没有温度检测的 另外我们这个是带一些温度检测和 OTG 的 简单介绍一下 这个是一个 size 的对比 可以看到这个 size 的话 这个 size 的话 因为它有些效率的问题和发热的问题 它做不到很大 那我们这个可以做到很大 做到 2.5A 和 3A 同等的 size 它的功率做的更大的 可以达到的效果会更好一些 也不需要额外的一些 FET 这个还有一个就是成本的对比 成本对比上面可能就 BAT FET 的还有 Rsense 它本身是会花一些这个会需要一些 cost 这个东西如果整体加起来的话 它的性能还是会比较好一点 最后总结一下 就是说今天主要是介绍一下 就是电池充电的一个基本的环路 就不同的环路包括了电压、电流 然后输入的电压、输入电流 还有温度这些环路 然后还有包括这种就是我们这个路径管理 然后动态功率管理 然后还有充电的结构一些图 最后还有这些参数 我们只要先关注哪些参数 就是我们之前说的这些
各位下午好
我是张
是东莞的 FAE
那这边主要负责的客户是一些消费类
然后是手持设备的一些东西
所以今天跟大家就是聊一些充电 IC 里面的一些干货
就说充电 IC 里面有哪些功能
然后充电 IC 为什么称之为这个 IC
而不是一个 DC/DC
它跟 DC/DC 的一些区别
然后还有一个就是说
我们充电 IC 里面的一些规格
那些参数是很重要的
我们通过这个 slide
来给大家一些做一些分享一些介绍
就这个是我们的一个目录
大家可以看一下
我们这边可能会分三个地方来看一下
就是一个充电 IC 基本的一个系统的框架
然后一些功能
那主要是讲要一个就是系统
我们的充电 IC 的系统里面它有五个环路
那这五个环路里面就包括了
最基础的一个充电电压
充电电流的一个环路的一个配置
那还有一个就是包括我们 TI 特有的一个
就是输入电压的电流的一个功能的检测
那除此之外
还有刚才有那个下面的那个兄弟问到的是说
就是我们当那个充电出现过温的时候那怎么处理
那充电 IC 它会给这个最基本的一个功能
给出一个最基本的一个范围
是说大于比如说 50 度或者是小于零度
那这个时候我充电 IC
如果判断它现在处于这个状态下
我就不会进行充电
那可能我基本上可能再简单介绍一下
就是那个电压计那边
它会给我们一个参考值
然后让我们来去做
那具体谁来做的话
是说就是我们实施
它只是来建议一个值这样一个配合的一个功能
回到这一块
我们可以看一下
我们可以看一下
就是充电 IC 里面那主要是讲的
就是里面有五个环路
那是那个输入电压、电流
然后充电的电压、电流
然后还有温度
那还有一些功能
就是还有一些
就是那个不同的充电 IC 的构架上面会有些功能
比如说像这个 Power Mux 就是这个固定管理
以及这个动态的工艺调整
可能刚才也介绍过这个就是跟我们的 2589X
这种快充的和动态工艺调整
这种可能后续再介绍一下
然后后面就是说还有关于这个充电参数的一些配置
和这个应用的一些参数
这个我们可能大概介绍一下
以后看这个书就可以着重看这一点
然后就可以选出你想要的东西
那也可以知道这个重要性能是什么样的
那最后就是对比一下我们跟竞品的一些长处和优势
那么往下
这个我们的充电 IC 这个应用很广泛
包括手机上包括这个就是平板上
包括像这种手持的设备就有包括很多地方都有
包括像这种手持的设备就有包括很多地方都有
那这个我们就概括一下
那这个东西就是说什么叫做充电 IC
它说充电 IC 它有几个点
就是说一定是说我们充电电流
我们分充电一般来说分两个阶段
那一个阶段是说恒流阶段那我们称之为 CC 阶段
然后还有一个恒压充电阶段
那就是 CV 阶段
那在这两个阶段里面
我们有两个核心的点
就是保证电流的控制要更精确
那保证第二个控制要更精确
那这个时候就需要我们的一般的 DC/DC
和充电 DC/DC 和充电 IC 的一些区别在哪里
这个是一个很简单的一个
DC/DC 的一个环路一个拓扑构架
那我们一般来说
我们都会选其中一个环来进行实施
环路保护了比如第一个是一个
比如说如果是一个电压环路的话
那我们就选其中的一个环
还要保证这个电压环路
当这个电压出现变化的时候
通过这个运放
然后调整这个点的电压
然后最后通过调整 PWM 的占空比来完成这个对于
通过调节 PWM 占空比来完成
电感电流的就单位时间内电感电流的一个控制
那从而通过这个环路通过一个负反馈的环路
来完成对这个充电电压的一个环路的一个控制
那么充电电流的环路控制它也是类似的
那只说我们把这个采样的电压信号
通过用合适的方式
比如说串电阻的方式进行变成电流信号
那通过这种电流信号跟阈值进行比较
那比较以后
然后最后产生一个控制电压 VC
然后最后产生一个控制电压 VC
跟那个叫做这个锯齿波信号进行比较
产生一个脉冲就那个一个脉冲信号
通过这个脉冲信号加在输出级上面
通过这个脉冲信号的改变的大小
可以改变这个单位时间内的占空比的电流值
那可以完成一个电压的一个控制
那一般的电压
那个一般的 DC/DC 它一般只有一个环路
那就是说一个单个的电压环路和电流环路
然后还有一些就是一个瞬态的响应
和一个输入的是单个的负载的一个输入
它只是完成一个这样一个简单的功能
对比一下我们一个基本的一个充电 IC
它能完成什么功能
它是把这个电压和电流环路
同时在这个地方进行一个结合
那结合以后它会出现这种情况
就是当这个电池就是当那个电池电压较低的时候
那电池电压低于这个 VBAT
就是电池电压低于这个电压的时候
那这条环路由于这个地方是比较低的
那这个地方也输出了低
那两个地方去通过电流源的
通过叠加的形式加在一起
那我们这边一般会在一个串一个二极管这种类似的东西
可以保证在这种情况下
这个环路是不进行工作的
最后不进行工作的
只是通过这个地方
因为我们在这个地方设置了电流
比如说是 2A
那你要保证通过这个地方要有 2A
这个地方采回来的电流也是 2A
通过这条环路来进行一个正常的一个工作
那在这种情况下
那当电池电压信号比较高的时候
我们通过采样这里的电压
跟我们的 VBAT 的这个电平进行比较
那比较以后我们这个整个环路
在这边这个地方的电压会逐渐升高
以至于高过它以后
那你把这个信号盖掉
盖掉以后然后这个 VC 电压
就再通过这个地方去调占空比
然后形成一个主流环路的一个控制
所以说在这个地方是我们通过了两个运放
然后采用了不同的电压电流
根据电压电流的信息
不同的信息来做一个不同的一个切换
所以说这个地方就是基本的一个充电 IC
是有一个这个恒压的控制
以及恒流的环路的一个控制
那这两个环路的控制之间
它是通过一个二极管串一个二极管在上面
然后就是说达到一个
就是如果这个电压比较低的时候
这个电压没有达到的时候
它就不进行工作
它就不进行工作
那如果是从这个电压比它高的时候那才进行工作
还是达到这种同时控制的一个效果
那还有就是那充电电压的一个控制
它对这个输出电压是有这个要求的
就是说这个充电电压的一个精度一定要足够的高
如果这个精度如果不是特别
就是 CD 的电压精度不是很高的话
那就可能导致这个地方的电池电压
可能出现过充和出现过充和过压的情况
那这种情况会降低电池的寿命
以及可能会出现潜在的一些安全问题
最后就是说电池可以变成一个那个 load 和 source
就是这个地方电流可能是这样进去也可能这样出来
那在这个时候它会对电流的一个动态响应会有些要求
这个可能后续再看一下
说完这个这两个环路的一个介绍
就基本功能这个介绍以后
就基本功能这个介绍以后
我们在我们的那个充电 IC 为了保证
就是针对于输入电压的一个输入电压的一个控制
那这个环路的主要目的是什么
就是就是我们可能之前刚才也提到过了
就是对于我们的那个是充电端口的
5V 电压的输出能力是不同的
那有些端口有些是 5V 有些端口是 5V500mA
比如 USB2.0 的
那我们现在就适配器的话也有不同的规格
有 5V1A 的，有 5V2A 的
那我们怎么去保证就是我们在充电 IC 在任何情况下
不去把前级的这个电流就拉出过载的这种情况
那我们就通过了一个就是采这个电压
我们这个采这个我们可以通过这个软件
我们可以自己通过那个限制输入端的电流
来达到一个同样的来减电流
来达到一个输入功率的输入电流的一个动态的一个调整
那举个例子就是
可以看一下我们这个环路的工作的状态
可以看一下我们这个环路的工作的状态
主要当这个电流是我们通过这个输入端进行采样的
那采样出来的电流信号
跟我们的这个信号跟参考信号进行对比
那当这个信号当这个电压比它电压比较高的时候
那这条环路就为高
那整个 control 它就起主导作用
那这个时候它通过 PWM 的控制
来降低这个后期的一个输出电流
那就是说通过相当于是这边的 VC 升高
然后把这个 duty cycle 减小
减小基本上是反向的一个逻辑
把这个 duty cycle 减小
减小以后就整个把这个输出的电流降低
那相当于从而就降低了这一点的一个输入的电流
它就通过采样输入
然后最后实施那么充电电流减小
然后最后实施那么充电电流减小
达到这样一个就是一个充满负反馈的一个过程
那这样就可以保证我们在输入电流
可以达到一个恒流的一个控制
那这个是一个就是输入电流的一个控制
那这个东西主要是用于这个 USB 的端口
和以及就是我们已经规定好的
比如说 USB 和那个 DCP 规定的默认的端口是这样来设计的
这个说完输入电流以后
这个环路又相对复杂一点
就是说对输入电压的一个限制
就是我们不仅限输入电流
还要限输入电压
那输入电压是怎么设计的
就当这个点的电压
就是我们适配器会出现
因为适配器本身是会有一个
就是那个就是恒压曲线的
那我们要保证就是说适配器的这点的电压
要不能低于一个阈值
就是前提如果适配器的电压如果低于阈值的话
可能会导致比如说这个 USB 端口
那可能会低于就被拉跑
或者是这个适配器出现过载的情况
那这个情况我们就可以通过软件来设置这个值
就是 VIN 这个计数器的参数
那我们的系统会充电 IC
会根据采样输入电压也是根据这个运放
当这个电压高于这个时候
充电 IC 高于这个时候它不进行工作
当它跟它差不多的时候
它才从通过这个地方来达到减电流的效果
最后完成一个限制住当前的电压的一个功能
那这个东西主要是用于那个充电
就是你的输入端的那个充电电流是未知的情况下
那我们去通过这种 CB 的这个就是 input Voltage 的
这种限压的方式来进行减电流
那最后主要是增加了那个最大的一个充电效率
你这个时候是把这个电压限在
比如说是一个 4.5V 或 4.6V
那这个时候是当前的适配器的功率
是可以完全通过这个电压环路
是可以完全通过这个电压环路
可以完全控制的
那现在是有达到一个比较好的一个工作状态
最后就是我们刚刚提到的
就是关于一个我们这个温度控制的一个环路
温度控制的一个环路
它是这样一个工作流程
它就说是我们采样
我们在这个 MOS 管上面的一个温度的控制
当这个 MOS 管就 MOS 管的结温
就是芯片内部的温度大于一定阈值以后
那我们就通过减小占空比的方式
来把这个输出电流减下去
输出电流被减小以后
输出的功率也是有所控制
从而通过这个方式
来完成一个发热的一个控制
那我们这边可以看到我的结温
这边有个图对比很明显
就是我们结温上升的时候
这个地方充电电流会逐渐出现影响
这个结温到达一定值以后
就出现这个环路电流就下来了
这种情况主要是应用于
就是在那个室温环境如果比较高的时候
那这种情况
然后我们的充电 IC 有温升自己有温升会比较高
电流比较大的情况下
那它就自己内部有个环路来降低这个东西
主要是保持这个充电电流能在可控的范围之内
这个地方主要是讲了一个传统的充电 IC 的一个拓扑结构
那传统的拓扑结构里面
就是说我们就是类似一个 DC/DC 是输入端
通过一个 DC/DC 一个 Buck 给这个电池进行供电
那当这个电池电压如果出现耗尽的情况下
这个地方没电的时候
这个系统是起不来的
因为这个电池是被它钳住的
钳住起不来以后
我必须要把这个电池给它充满电以后
系统才能工作
然后包括截止的时候
我也需要就是说
这个就是说在传统的结构上面
我们用一些办法来避免它让它进行
就是用传统的方法
就是说加一两个二极管的方式
可以让这个就是没有系统没有电的时候让它启动
那与此同时还有就是系统端和这端
我们把它电压进行分开
那就系统端充电的时候
你给它充电的时候可以不用给它
就是传统的方式是说
我们用分立的方式把这个系统
就是系统没有电的时候可以启机
然后通过二极管的方式把这个整个功率给隔开
整个功率是由这个地方来进行限制
但是这个地方就会存在一个问题
就是说当你适配器插入的时候和不插入的时候
你的系统电源上的电压是不一样的
那你针对于这个系统的耐压值的设计
那这个点
那你必须要至少耐到 Vin 端的端口电压
那你就不能只耐到这个电池端的一个电感的电压
如果我们为了把后级的电压
这个电路设计的更简洁或者是更安全一些
我们可以通过加这种 MOS 管的方式
我们可以通过这种外加 MOS 管的方式
把这个充电端口
把这个 Vin 端和 Vsys 端和电池端
这两个端口进行分开
那你分开以后充电是充电，对吧
系统端是系统端
系统端是系统端
系统就是这个电池没电的时候直接通过这边给它供电
这个东西我们就用小电流充电
它完全可以完全达到一个
独立的就是启机的一个效果
然后适配器相当于是对适配器的要求没有那么高
对适配器的要求就完全取决于
就是这个 DC/DC 的一个工艺的要求
就是这个 DC/DC 的一个工艺的要求
那之前的这个就是说需要这个 Vin 额外给它供电
与此同时还需要这个给它供电
这样就是如果你这个地方有可能会被适配器
如果供电能力比较比较弱的话
会把这个 Vin 会被拉低
拉低以后对适配器来说不是特别的好
通过了通过了这样 Pmax 这种的
至少是系统端如果出现有电流的时候
那直接通过电池这边给它进行供电
电压没有一个剧烈的一个跳变
所以对适配器来说不会有太大的影响
这个就是这个以前那个拓扑构架的一个东西
这个就叫做 NVDC 的充电 IC
那就是说在 NVDC 这个地方的电压
它不像以前有一个巨大的一个跳变
那有巨大跳变的时候
就是说这个时候就对系统的设计会有更高的要求
NVDC 主要是用于在就是单节电池充电
或者是单节电池充电上面来会比较多一些
或者是单节电池充电上面来会比较多一些
像那个旧笔记本上面可能会是 12V 的这个会多一些
笔记本上因为它现在有那种有 12V
就是那种三级的 12V 的电源
这个就是 12V 的系统电压供电
或者是你 charger 20V 进来以后
它也是 12V 电压供电
这就是 NVDC 的
如果我们退到刚才那种情况
就是笔记本上会遇到一种情况
就是有一种情况是这边是 12V
然后你插电进来的
以前的笔记本就是插电进来以后变成 20V
那相当于你系统所有的那样的器件耐压要求一定是 20V 的
就不是 12V 的选择
这个对于后级器件那个选择的那个要求更严格一些
成本相对来说会更高一些
所以 NVDC 有 NVDC 的好处
可能就是对于单节电池
比如说手持设备这种话
比如说手持设备这种话
用 NVDC 会更方便
用 NVDC 会更方便
下面我们就来看一下
我们那个充电 IC 的一些参数的一些选择
就我们可以根据我们输入电压和控制接口
我们这个充电 IC 的一些结构
有传统的就是之前说的串一两个二极管的
它的 NVDC 就是电池跟系统连在一起的
Turbo Boost 是这样
是在这种传统结构上面加一个
就是我插进适配器是 20V
就是我插进适配器是 20V
那当电池没有电的时候
当这个系统有个大的负载的时候
需要一个 20V 很高的负载
那我把这个充电 IC 从 12V Boost 到 20V 然后给它充电
它是另外一种拓扑构架
这个有兴趣的话可以看一下我们的 TPS24725 这种芯片
带 Turbo Boost
带 Turbo Boost
然后这个上面就是用充电 IC 的结构和充电 IC 这个选择
就是说你是集成方案还是分立方案
各有各的好处
集成方案的话就是就比较小，面积比较小
分离方案就是说效率会高一些
你可以选择器件
总的构架来讲
目前现在拓扑结构都是一个 buck 的构架
那就电压电流的一个选择
就会有三个选择
就会有三个选择
系统电压的一个要求
然后化学特性的选择
用 TI 会根据不同的那个电池的化学特性
会有不同的充电 IC 的类型
你比如说我们现在一般讲的都是锂电池
那锂电池就是针对锂电池的电压以及不同可以进行选择
那我们也有一些铅酸的
那这上面的充电会有些不太一样
至少还有一个充电的温度的把握
那包括一般温度保护就是一个过温过热
这个温度比较简单一点
就举个例子
比如说是零度以下或者是 50 度以上
那这个就直接不充
那比如说在零度和 50 度之间会有一些细的要求
比如说零度到十度和 40 度到 50 度之间的细的要求
这是一个阶段的标准
充电 IC 硬件上是满足这个其它的标准
这个可以就是根据不同的要求可以选不同的充电 IC
保护上面其实这个东西都会比较齐全
关键是比如说都有过压保护
然后什么输入限流保护
电池的过压保护
然后还有一个就是带不带 OTG 功能
带 OTG 就表示说这个不仅能充电
还能通过电池对外从 USB 口对外放电
这个也是一个需要参考的点
那其它就是 OCP 和欠压这些都是一些基础的保护
这个可以看一下我们后面
最后还有一个封装的要求
封装上面的话就是 CSP 和 QFN
CSP 的话就是我们总的来说
就是 CSP 的话 Rdson 上可以做的更小一些
那效率优化实际上是最好的
但 CSP 会存在一些就是焊接工艺上的一些要求
这个是一个区别
后面就是讲一下
我们如果要看一个这个充电 IC 这个规格书
就选哪几个点来看
首先是说怎么去选
那怎么去选的话
TI 是登陆我们的 TI.com
然后那个斜杠 charger.com 可以看到
然后那个斜杠 charger.com 可以看到
我们这边有些就是电池包的特性
然后充电结束
然后充电电压的一些限制
然后充电电流的一些要求
然后输入端的一些要求
然后如果你把这些信息全部特别讲讲得很详细的话
你就能选出一个比较相对来说
合适一点的充电 IC
还有一个就是说我们会针对这个充电 IC
有一些大量的一些简介
那就是说这个就是说
针对于比如同步的锂电池的
锂电池的锂聚合物的
Stand-Alone 的意思就是说
这个可以不需要 I2C 接口来进行控制
它可以自己不需要 MCU 来额外管理它
是这个意思
然后 charger 就这个是集成 MOS 的这个东西
然后 Power Path 就是说带这个功率管理
带这个功率管理之后
就是说它在一个在路径管理的话
那就是说电池和在没电的时候可以启机就这几个功能
EC Table 里面主要是要强调是说
EC Table 里面主要是要强调是说我们在测试条件下
我们测试环境是从 -40 度到 125 度的
那我们充电 IC 大部分来说
我们的模拟 IC 都是这个要求
它可能有些竞争对手会给到只给到 25 度的这种情况
25 度的情况可能会比那个好一些
但是我们一般的规格都会比较严
就会把这个值所有标的很全
就是如果标在这上面讲
如果没有特别说明
那就默认都是 -40 度到 125 度
这个范围是比较宽的来满足这个需求
最后就是这个规格书的第一页
这个是我们的一些 Feature
这些东西有哪些优势
可以看到
就是说可以看到 94% 效率
这一块你要单节多节
这个从第一页就可以看到
这边集成的一些功能
这个保护这个哪些都有
一般来说这个规格书上面都会去给你一个大概的例子
就是这个一般是用在哪里
然后还有一些封装的信息
这个可以大家主要是目录找一下
这些可能也是最需要的
然后这个关于这个测试条件的话
这个主要主要强调一下
就是一定要看清楚我们的一个测试条件
我们是 VBUS 这个相当于是已经是在工作的情况下
如果是其它家它就可能只到 5V
那我们是可能是标在 VBUS 工作
到那个 VBUS 过压的这个位置之下
这种条件下相当于更宽一些
那特别像这种
还有这个特别像这种 TI 的温度
那温度这个范围其实很多参数在不同的温度下
特别是高温情况下
这个漂移的话是会比较明显的
比如说就充电 IC 你肯定会不可避免地遇到温升的问题
当出现温升的时候这个参数会出现漂移
这个地方它有些只给了一个 25 度一个典型值
如果它这个进行漂移的话
你这个东西是比较难以估算的
其它就是一个就是一个效率的优化
效率的话其实选起来其实很简单
就是去选这个就是去看它这个
上下 MOS 管的 Rdson 是多大
上下 MOS 管的 Rdson 是多大
你可以做个简单的对比
是说我们那个 bq2419 的 X 系列
和 bq2589 的 X 系列就是快充的 IC
可以看到明显的这个 bq2419x 的下管
就是说 LS 的这个 FET 那是 32mΩ
89x 我们特别为了这个高压的充电做了优化
把 32mΩ 减到了 16mΩ
是因为我们在这个高压的情况下
我们下管的这个导通时间会更长一些
这个时候我们把这个下管做优化的效率有更高的提升
这也是一些比较比较重要的一个点
其实还有一些细节上的点
其实我们这边没有列出来
比如说是我们这个点的一个上升沿
不同情况下不同的充电器的上升沿也是不一样的
上升沿越高的话你上升沿越快的话效率就达到越高
但随之而然的会产生一些 EMI 的问题
就要看你上升沿到底是不是很好的
是很好的没有过充的
这个上升沿是对上升沿的控制是比较好的一个
就是也需要注意的一个点
这个地方就是说充电电压的一个精度的一个要求
举个例子这个可以看到
这是我默认这个充电电压的一个 4.2V 的一个限制
举个例子
如果把电压设在 4.1V 的话
它的说明这是这是它的充电次数
大家可以看到这个充电次数就在 4.2V 的时候
如果充电次数在 500 次的情况下
如果电压是只要高一点点
从 4.2V 跳到 4.5V
这个数据就直线下降
这个你说 4.3V 和 4.35V
只要高一点点它的寿命会下降的很厉害
那就是说我们对这个电压的要求精度的控制
因为这是充电 IC 自己选的时候精度的控制
这个地方是要求特别高的
如果这个精度比如说这个地方
如果别人精度其它地方可能看到只有1%或者2%
这个地方如果偏了2%的话
相当于是你的寿命就会差很多
你就会考虑你会在设计的时候会考虑
这个你要把这个 MIN 这个值要高于这个值
相当于是你的
就是如果你设计的时候一般会怎么去规避这个问题
一般就是我们选这个充电 4.2V 的这个 MIN 的值
所以这一点对吧
我把这一点就把充电电压设低一点
我把这个量不会超过 MAX 的值
我永远不超过它
永远不超过它不会出现过压的情况
这样的话就会感觉它流量变小
这个时候其实就是说对于你的精度
如果精度的百分比越精确的话
你这个容量就会更好
然后也不会出现这个保护的情况
也不会出现什么就是这个寿命的问题和安全问题
TI 在精度控制上面是做得比较好的是正负0.5%
这个地方可以强调
这个是一个充电电流的一个控制
充电电流的一个控制
就是说在不同电流下
充电时间的一个区别
主要是说根据你不同的充电电流
你可以去选这个截止的电压点
你这个地方是 CC 的时间
这个地方是 CV 的时间
CV 的时间主要是取决于
你的上面的一个就是整个充电通路
和我们充电这个 Pin 到你这个电池之间会有一些 Rdson
和电池里面的一些内阻
那这些这些值都要考虑
就在 CC、CV 的时候都会花你的时间
你这个时间如果特别短的话
这个值特别小的话
你的这个时间充电时间就可以继续减短
充电时间就会减短
充电时间就会减短
我们 TI 也会加一些什么安压补偿
还有一个办法更简单
还有一个办法就是我们 CSD charge 里面就是 25808D
它会加一个 Battary CS 一个 Pin
你这个 Pin 直接就可以伸到电池和电芯里面去
直接去采电芯的一个电压相对比较准的一个电压
这样产出来的电压比较准以后
你现在是把那个阻抗
它可以通过一些就是它输出的电可以把电压抬一点
然后这个相当于是电芯的值
我只要把这电芯电压不过压
我输出电压高一点其实没有关系
因为只要电芯是安全的
这个东西还是可以进行又安全又电流比较大的一个快充
从而这样可以减少一个那个
就是 CC、CV 的一个时间
这也是一个点
这个就主要讲了输入功率检测
我们还有一个硬件的一个 Pin 可以做输入电流检测
就是我们在那个比如说我们的 BQ24296
或者是 BQ25895 这种移动电源上面
你可以尝试试用这个
就是你如果不用软件配置的话
它默认情况下的限流值是是比较大的
它可能是 5V2A 或者是 5V1.5A 或者是 2A
你都可以通过这个硬件的 Pin
就不用那个不用 I2C 去操作它
有硬件的 Pin 来完成这个功能
有硬件的 Pin 来完成这个功能
硬件的 Pin 的话
我们可以根据这个采样的这个电阻
这边有个电流源去发一个电阻
电流源会给它进行供电
然后这个上面会产生一个电压
我们可以通过采这里的电压去跟它进行一个比较
然后从而达到跟输入电流进行比较
从而达到从硬件上控制输入电流的一个功能
最后就是说你软件出现有异常的时候
可以通过硬件的 Pin 来保证
这个限流是 OK 的是可靠的
这个限流是 OK 的是可靠的
这个只是一个也是多一层保护
然后还有一个就是我们这个软件上的一些限制
软件上的话就是这个东西对精度的要求
我们现在的设计是说比如说你软件上受到约束
USB2.0 比如 500mA 的时候
USB2.0 比如 500mA 的时候
我就把这个值完全硬件限制在 500
这个地方有些偏差
偏差的话我们也能保证
这个偏差就永远不会大于 500
至少保证就是我在是 500 的时候不会超过 500
这个地方是我们这边重新
就这个规格上面是专门
因为这个就是如果设 500 就永远不会超过 500
这样就不会导致出现适配器有可能会被拉低的情况
这个是输入的电压的功率检测
这个里面就是输入点的电压值
就这个输入的限压功能
限压功能我们可以通过软件就是这个 DPM
比如说有个很精细的一个输入电压的检测值
输入电压的这个电压可以通过 I2C 来进行配置
每一个 step 是个 80 个毫伏
相对来说这个 step 是比较精细的
你可以选很多档
比如 4.35 可以加大
比如加到 4.4 加到4.46、4.48
它就是比较精细的
就给你一个很容易选择一个电压值
那么你这个电压值主要是因为
这个电压值其实经验上讲
一般来说是一般要比电池电压高
一般 150mV 因为我们充电 IC 会在
会在电池电压高 120mV 的时候
就是低于 120mV 的时候
会认为它是进入 C Port
就认为这个输入电压太低了
现在无法工作
我们必须要就一般来说把这个电压点维持到 150mV 以上
就能保证充电 IC 能够正常工作
也能够保证把适配器的电压不会拉的太低
一般是这样
这个就是看你这个电池电压
和这个输入端的一个要求
其实也可以如果输出电压比较低的话
你也可以动态的去调整它
你也可以动态的去调整它
就比如说你在电池电压比较低的时候
你把这个电池电压拉低点
你把这个电池电压拉低点
如果适配器能承受的话
你看输入功率调低
就输入电压调低一点
这个保证更大的电流出来
电池量比较高的时候往上调
可以进行一个动态的调整操作
这个也是一个比较好的技巧
最后就是讲一下我们这个预充和温度的一个好处
是这样的就是在我们预充的时候
我们的系统电压就电池没有电的时候
或者电池电压比较低的时候
我们的系统要能保证
我们要保证这个系统要能工作的话
我们要保证这个系统要能工作的话
那么在适配器插上来要立马能工作的话
就举个例子
像手机你在电池完全放到没有电的情况下
像手机你在电池完全放到没有电的情况下
你要插上
至少看到这个手机能够有一个显示
说是在充电
用到这个功能的话
就需要这个里面有个 Power Path 这个管子 Q4
这个时候当我们插入的时候
我们的系统是工作在一个最低的系统工作电压点上面
这个电压点应该是 4.5V
你也可以通过这个软件适配器来进行调整
这个地方工作在 4.5V
这个地方这个 Q4 管子接通
就在这个时候要把这个 Vsys 的电压和 Battary 电压要分开
Q4 管子就工作在一个饱和区
就是这个可变电阻区
就变成了变成了类似 LDO 的一部分
就是一个通过这个地方就是给它进行一个充电
就是通过一个比较精确的限流的电流进行一个充电
这个时候就是既给它进行一个电流的充电
又能把这个系统构建
还是运输的时候我们可以调整运输的电流
那运输的时候
它这个时候是通过这一端来进行调节电流
通过这个调整这个板子电阻
来调节这个电流来进行充电
然后从而达到一个就是那个系统这边分开
然后同时又精确的控制预充的电流
这个地方是这个在充电
这个是充电 IC 里我们充电 IC 里面
会有一个当充电开启的时候
和充电截止就充电关开启和关闭的时候
我们的系统电压会比我们电池电压会高
如果充电开始的时候
相当于是我把那个 Q4 那个 MOS 管完全打开
充电电压就系统上的电压
就跟它是完全是一个固定值
这个完全是用 Rdson MOS 管直通过去的一个值
然后那个充电的电流是由 DC/DC 来进行控制
这个地方就是如果当出现这个系统
如果就是如果出现不充电
如果就是如果出现不充电
但是有适配器插上去的情况下
举个例子
充满这种情况下
充满这种情况下
我为了保证我的所有的电都是从适配器过来的
就是保证假设在系统端
如果有负载的情况下有负载跳变的情况下
我会时不时的去拉电池的情况
这个时候就用一个把这个系统的电压往上抬一点
就是当系统这样负载端就是手机端
比如说是有信号
就比如你打电话的时候那有一个大的负载
就是有大的负载来的时候
让我能保证这个系统上的电压
它的跌落就不会超过系统上的低落
如果是在正常的能力情况下
它就不会去用电池的电
而一直是用这个 5V 过来一个电
这样来完成一个操作
这个目的就是说就满足这个功能
然后这个电压一般默认的情况是 150 个毫伏
比这个电池电压高
从而可以达到的就是这个系统电压的一个维持
然后可以还有就是两个电压的维持
也是一个我们刚才说的 3.5V
一个是最高的这个 4.35V
电池电压加上 150mV
达到这样一个功能
最后对比一下就是说不同的充电 IC
这个其实可能大家更关心一点
就是对于这个输入端的电压的一些限制
就比如说像这个 BQ2419X 系列
那这个输入端的电压
这个我们推荐工作电压是 17V
那就表示说在 17V 以下 3.9V 以上
我们的充电 IC 都会正常的工作
就表示你只要插上这个电
它至少能够 DC/DC 是继续工作的
高于这个 17V
在这个地方可以看到我们这边有个绝对值
从 -2V 到 20V
这个意思是说在 -2V 到 20V 的这种条件下
我们充电 IC 在只要是插上这个电以后
它出现在这个情况下不会坏这个意思
但是举个例子
如果是 17V 不到 20V 这个之间的情况下
充电器会出现过压的情况
但是它是不会工作的
但是长时间处于这种情况
只是说保证不坏
但是它不会工作
这个地方可以对比下
就像 bq2429x 这个性价比会更高一点
那它对输入的电压的要求会更低一点
就这里边会只有 -2V 到 15V
也是比较比较高的一个范围
但是这个地方给你的一个要求
就说你设计的这个充电的这个系统
不管是你打浪涌或者什么
最好不要去超过这个绝对的电压值
如果你超过了这个绝对的电压值的话
那就可能对这个充电 IC 造成了影响造成一些损坏
如果你只要设计的系统
电压你只要一旦看到的在这里面之内
你随便怎么搞
它一般都不会出现问题
只要你搞清这一点就不会出现这种问题
所以最后一个就是这个地方
我们这个比如说 BQ2429X 它的这个保护点它也不一样
这个地方这个的保护这个过压保护是 17V
这个过压保护是 6.2V
下面是针对于 5V 的这个充电系统高于 6.2V 以后
这个就是过压
你可以得到这个过压的一个状态
最后就是我们的 2419x
是可以做到最终保护到 12V 的适配器
19x 就直接就可以接入到 12V 的充电器
12V 进来它可以直接充电
这个地方还有一个就是 Sleep Mode
Sleep Mode 就是刚才我们讲了就是
如果当这个电池电压比较高的时候
输入电压又比较低的时候
这个时候其实就输入电压比电池电压低的时候
就比如说一些 VBUS 的电压就是 USB 端肯定只有 3V
那是那个电池电压肯定有 4V
那这种情况下充电 IC 是不工作的
充电 IC 就是通过这个点进行一个判断
它是不是高于 3.8V
是不是高于这个电池电压
如果这两个都判断为高的话
那这个整个内部的那个 LDO 才会启动
那个 LDO 启动以后
那整个的 DC/DC 它才会启动
这样一个模式
最后退出这个 Mode 的话
它也是通过就可以看到就是这个 REGN 是不是启动了
Q1 是不是导通了
其实我们可以通过判断这个充电器是不是启动
一般在 Debug 的时候可以看到
如果 REGN 是不是有
如果 REGN 有的话
至少这个芯片至少不是在这两个状态上
最后就是说那个 C port 的话情况下面
这个我们的静态功耗是比较小的
这个地方还有介绍一下
就是我们 REGN 的一个电压的范围值
默认这个都是比较常规的默认
正常 5V 充电的时候是 5V
5V 的时候是 4.8V
然后用 10V 的时候是 6V
最高时我们在 6V
这个东西 REGN 主要的工作
是给这个地方进行一个 boot
然后就是通过这个电容给它
进行一个自举的这个 Q2 的一个功能
还有一个功能就是给内部进行供电
与此同时那个 REGN 还有一个功能
是说 REGN 还要通过那个
我们内部的供电是通过这个 REGN 来完成的
还有一个就是对于温度 Pin 的一个控制
把这两个电压是一定要接在一起
这两个接在一起以后
如果它温度出现这个漂移
出现在温度发生进行变化的时候
它这两个是同时进行漂移的
最后它产生的比例
我们最后通过这个比例的比较的话
它的比例是在温度变化的时候是不受影响的
最后我们可以通过这个加一个 NTC 的方式
可以把这个点的电压的变化值
可以给一个很好的一个测出来
把这个值测出来以后
我们会在这上面这个阈值
那最后面一幅图可以看一下
就是我们在不同的域值的情况下
我们会进行充电 IC 的保护
比如说这个地方是零度的时候
就这个 NTC 的值如果是在 73.5 以下的时候
那这个时候零度完全不充电
那这个时候零度完全不充电
那这个是一个 45 度的时候
45 度以上我们进行也可以进行一些保护
可以进行完全说它不充电
是这样一个要求
在 OTG 的时候
在 OTG 输出的时候
这个地方是两档的一个保护
这个地方是有一个输出电压的一个更低的要求
还有一个在 OTG 的时候
这个是说就是在我们充电 IC
通过电池对外输出的时候
这个时候电池的要求没有充电那么严苛
它可以把温度放宽一点可以到 60 度
所以这个都是一些硬件的一些保护
就是软件上面可以不用再额外去设计
关于 OTG 的话
那有可能有几个保护功能就可以看出来
第一个是过压的
那这个很容易
然后还有一个是过流的一个保护
就是说我们这个下管的
如果出现电流过大的情况下的话
如果出现电流过大的情况下的话
现在势必会出现短路
这边出现短路和过流的情况下
我们这边 OTG 也能够合法的进行一个识别
是这样一个过程
就是说输出电压有差的时候
我们在这个地方是有一个
输入的电压电流的最大电流的一个限制
那限制以后就最后可以限制到它那个输出的功
最后它可以就是这个实现一个打嗝的模式
如果出现短路的情况是有打嗝
如果出现短路的情况是有打嗝
打嗝以后这个 VBUS 会在一定时间内重启
这样限制了对外的一个功率
最后就是一个这个是一个保护
是说我们在电池电压这边
如果系统端如果你在安装的过程中
或者是你在这个你在安装的过程中
或者是就是你在生产的过程中
如果电池已经透掉了
那系统在出现短路这种情况
那我们这边会有一个基本的保护
就是如果它电流出现过流的情况下的话
我们可以把这个 Q4 管给关断了
一般的关断的电流的话比较大会是 9A
还有一个就是 adapter OVP
这个是电压值
是我们在检测这个点的电压
有可能是其它地方过来的
就是或者是系统和那边过来
如果出现过压的话
我们也会出现一些我们会进行一些相应的保护
把 Q4 关断
最后就是说我们跟竞品的一个分析
就是说这个我们如果是把 Q4 管放在里面的
和放在外面的一些区别
放在外面有些最大的问题就是说
它这两个对 PCB 板的面积会大一些
还有就是这个机械会复杂一些
然后它一般来说是不能够精确地测量这个截止的点
因为你的系统端和充电端是连在一起的
节点的电流与系统端可能一直有电
这边也有基本有电
这两边电位是相加的
我只能算到一个总电流算不到分的
那这种情况像我们这个充电 IC
现在这个电流采样是在这里面的
那这边的电流是知道的
系统端有多少电流
是不影响到这个我充电的时候精度
就电流的精度可以保证可以充的很满
你要求这个
然后还有一个就是充电温度的一些检测
这个 IC 实际上是没有温度检测的
另外我们这个是带一些温度检测和 OTG 的
简单介绍一下
这个是一个 size 的对比
可以看到这个 size 的话
这个 size 的话
因为它有些效率的问题和发热的问题
它做不到很大
那我们这个可以做到很大
做到 2.5A 和 3A
同等的 size 它的功率做的更大的
可以达到的效果会更好一些
也不需要额外的一些 FET
这个还有一个就是成本的对比
成本对比上面可能就 BAT FET 的还有 Rsense
它本身是会花一些这个会需要一些 cost
这个东西如果整体加起来的话
它的性能还是会比较好一点
最后总结一下
就是说今天主要是介绍一下
就是电池充电的一个基本的环路
就不同的环路包括了电压、电流
然后输入的电压、输入电流
还有温度这些环路
然后还有包括这种就是我们这个路径管理
然后动态功率管理
然后还有充电的结构一些图
最后还有这些参数
我们只要先关注哪些参数
就是我们之前说的这些
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视频简介
电池管理 - 电池充电原理及其规格说明
所属课程：2016 TI 电池管理及Type C研讨会
发布时间：2016.08.12
视频集数：12
本节视频时长：00:44:43
Type C介绍，TI无线充电、电池快充技术。
未学习 Type C - 开场介绍
未学习 Type C - Type C终端应用与市场的讨论
未学习 Type C - 一览Type C与USB PD规格
未学习 Type C - 一览TI Type C与USB PD的解决方案
未学习 Type C - Type C与USB PD技术可以用在何方？
未学习 Type C - 多口支持USB PD的应用如何设计？
未学习 电池管理 - TI 无线充电技术的运用
未学习 电池管理 - TI单节电池快充技术及其未来挑战
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未学习 电池管理 - 可穿戴和小电池的充电
