TI_新生代快速充电技术

大家上午好

我是德州仪器华南销售团队的技术支持

我叫张族贤

英文名叫 Hisen

那今天很荣幸

跟大家介绍一下

介绍一下关于 TI

在新生代的一些快充的技术

那我们今天主要直播的内容有三个点

那第一个是快速充电的发展

以及它在终端设备上的设计挑战

那第二个就是说

我们手机充电芯片的技术的演进

然后第三个就是说

我们介绍一下我们新生代的充电芯片

它目前已经登上了舞台

它有超高的效率

非常小的尺寸

有非常好的功率密度

大家可以一起来看一下

那就我们刚才刚才在那个线下的时候

我看到了很多的

有很多网友发了一些问题

那这边可以看一下

就是我们快速充电发展到现在

我们的标准

其实从以前的五伏 1 安

到现在的五伏 2.4 安

到现在的一些标准

比如说高压的快充协议

和低压的快充协议

再到后面的我们的比如说 USBPD3.0 的

这种下一代的基于电荷泵的

和三电平的充电 IC

那这个就是在这三个领域

TI 都有相关的充电 IC

以及与之对应的快充标准进行对应

所以这个就是在下一代的充电IC

我们这边是叫做 MaxCharge

第三代的充电

MaxCharge 第三代充电

然后它也支持了 USB PD 的协议

和 USB PPS 的协议

OK 在快速充电中

其实我们在设计中带来的挑战

主要有哪些

那第一个就是说

我们要传统的适配器

要突破传统的适配器的功率的限制

传统的适配器可能只有五伏一安五伏两安

那这个时候我们说快充的话

那快速的充电器它首先要支持

大电流的输出或者高压的输出

这样才能满足功率的要求

那在满足功率的要求的情况下

我们的终端设备

需要在外壳温度保持在一定的情况下

那我们如何去优化它最大的充电电流

那在这种情况下

我们就需要我们的充电芯片

通过提升转化效率来降低热的损耗

因为整个充电流程

相当于是这边一个充电器

它会通过我们的线上面

会产生一个电压

一个固定的电压

给电池进行充电

那这个电压到充电之间

中间是有一个充电IC

那充电IC就是把这个电压

到这个电流之间

电压转化成这个电池的电压

然后并且转化成大电流来进行充电

充电 IC 的效率

就取决于整个芯片的

这个整个这个移动设备的发热

所以在这种情况下

所以说我们就需要我们的充电IC

会有更好的效率才能满足这样的需求

那快充的情况下充电IC

不仅要满足快速充电

电流要大效率要高

同时也要能保证电池的安全

以及电池的寿命

其实我们再强调一下

就是我们终端设备在实际考虑中

我们有个外壳温升的限制

一般我们的手机的外壳

或者移动设备的外壳

需要保持在40度以下

当然我们都不希望

我们在充电的时候非常的烫

比如说我们打电话充电的时候

会把耳朵烫到这种应用场景

是大家都不希望的

这样非常影响充电体验

那在这种外壳温度

它是又是由我们的功耗

就是我们的 power loss

和我们本身器件的温升

和整个电路板的总的温升构成的

那在外壳温度固定的情况下

我们如何才能提供更好的

提供更大的充电电流

这就要要求我们的充电IC

我们的 charger 的效率要不停的升高

那再来问的问题就是

为什么充电芯片的效率提升是它的关键

首先这个看一下

就是这个是我们一个

两个不同充电 IC 的一个区别

那上一代的充电 IC 我们可以看到

它的充电效率在 2.2A 的时候

它是它是 91 的效率

在下一代的时候我们换到了

提升了 2.5 到了92.5

这个时候我们可以看到

这个是效率

这个是充电电流跟效率的关系

那再来看这张图

我们换一个角度来看

就是我们的充电电流

在充电电流固定的情况下

输入电压固定的情况下

我们产生的效率损耗 power loss

是怎么样一个不同

那首先来看如果是同样一个

黄色的充电 IC 来看

在充电电流在 2.2 安培的情况下

我们的功率损耗是 0.82 瓦

那如果我们在保持同等功率损耗的情况下

就是保持手机整个温升不变的情况下

那我们换用新的充电 IC

来看一下那新的充电 IC

由于效率更高

它的功率损耗更小

其实在同等的功率损耗的情况下

它可以做到提升到 27%

所以就是我们提升 2.5 的效率

其实可以换来 25 的电流的增加

而且同时要保证手机的芯片的

温度不会有太大的变化偏差

所以说这就是为什么

我们充电器 IC 的芯片的效率

一定要提高提高再提高

这张图我们主要是介绍一下

这张图我们主要是介绍一下

就是功率损耗和充电IC的一个

在手机系统上设计的一个关系

那这张图我们可以看到

我们传统的充电 IC

是在 BQ25890 和 892 的话

它功率损耗可能功率的效率的话

可能只有在比如说在90%和92%之间

其实能用到的区间的充电电流

如果手机如果我们固定

比如说刚才我们说的那个功率损耗

可能在手机上讲的话

一般来说保持 40 度的话

那我们其实整个的功率损耗

可能就在 0.75 瓦到 1 瓦之间

那在固定了这个功率损耗的情况下

我们要选择一个更大的充电效率的话

那我们有很多的选择

那这个地方我们可以看到

是用 890 和 892

这个地方我们可以看到

首先是我们把我们的功率损耗固定以后

把芯片温升固定以后

我们现在可以进行选择

在之前我们只能选择 890 892

这种充电 IC

那今天我们在18年来看的话

我们有新的一个选择

这个因为PPT这个这个动画的问题

我们这边有两个 25970 和 910 的

这个曲线放在后面

所以其实今天我们来看的话

我们的这个范围

可以提升到了三安到六安

在以前的话可能只有 2-3A

这样一个过程

这个是我们 TI 充电芯片的

一个创新演进

这张 slice 那主要介绍是说

我们TI从14年开始

在持续性的对充电方面

进行了持续性的投入

包括14年的2419系列

那还有2589系列

那14年2419系列

主要适用于 5V 2A 这种应用场景

2589系列主要适用于高压

和双引擎这种充电IC的这种场景

那包括我们的16年17年的

这种2587x这种系列

这个适用于低压大电流的应用场景

在17年我们也推出量产了一款叫

叫 Switch cap 的 charger

那这款充电 IC 是支持高压的

高压的输入的充电

在低压的基础上做了一些演进和改变

那基于18年我们还有一颗新的产品

是用 BQ25910

那这一款是第一款业界的

三电平的 buck 的充电 IC

它的拓朴跟一般 buck 有些不一样

但它能实现跟 buck 同样的功能

也是一个非常好的一个从IC

那我们来简单说

今天我们主要讲两个充电 IC

那这个就是25970的电荷泵的

充电 IC 的一些简单的原理

那这个电荷泵的充电 IC 的简单的原理

它是这样一个工作流程

就在工作一的时候是Q1跟Q3打开

那我们可以对应到这张图

可以看到的是我们在通过输入端的

输入端电压给给电容充电

然后同时给电容 1 2 进行充电

充电以后然后这样

这个让电容 1 2 的电压

完全保持一致的以后

那我们看到这个

是我们充电电流上的

这个电容的纹波的波形

那在2的时候

我们的 C通过这样通过Q2Q4导通

通过把这个 Cfly 上的电容的电压

传递的能量通过这个东西

传递到这个输出端

让这个整个充电流程的 Cfly 上的

电容的纹波保持一个不变

那这样的话在实际工作过程中

是通过了 Cfly 的电容

进行了那个电荷的一个搬运

也实现了那个能量的传递

因为这种电荷泵似的那个充电IC

它的拓扑它有几个好处

第一个是说它在零电压零电流

它能实现零电压的开启和零电流的关断

它这样的话能够保证

这个整个充电IC的充电效率

达到非常非常的好

然后第二个然后它在效率优化上面

还有就是本身没有整个通路

它没有电感的器件

没有感性器件的话

它其实没有二极管的导通

在 MOS 管关闭的时候

它没有二极管的导通

它没有反向恢复的时间

那最后就是我们这个整个充电通路

没有电感的器件

也没有电感的 DCR 的效率损耗

所以整个过程

只是它的导通损耗

占了整个充电IC的

一个比较大的一个点

那这张图就是可以看到

我们25970的最核心的一个 spec

那就是说这个充电IC

我们可以看到它在六安培的情况下

充电的效率可以达到96.5%

那我们也看到刚刚在零点八瓦的这个

这个 power loss 的情况下

我们可以看到这个充电IC可以实现

六安培的一个充电

那这个完全就是

完全就是说同等的功耗

就跟上一代比是同等的功耗情况下

可以实现六安培

而之前的我们的 25890

可能是在 2-3A 这样一个区间

是大幅度的提升了

这个我们的热裕量和 power loss

这个大幅度地降低了我们的power loss

那25970除了实现如此高效以外

它还有它还有除了这个除了充电

除了电荷泵这个拓朴结构比较高效以外

它还可以实现的是说

它做一个充电IC的一些重要功能

那它充电 IC 的一些重要功能

主要是第一个就是说

我们集成了一个外部 MOS 这个功能

那集成外部 MOS 的话

因为我们这个 slice 本来是个动画

那这边现在没有了

我就大概跟它讲一下

就是说外部的话一般来说

我们是一个 OVP 的一个器件

它会加一个在整个充电过程中

会前面会加一个 OVP 的这个器件

作为保护防浪涌的保护

那这个 OVP 的器件的话

通常情况下讲它是一个

串在这个整个通电通路上的

它的大概的 Rdson 的话

大概是 10 到 20 毫欧之间的一个水平

但是我们这个 TI 的这个25970

它集成了一个外置OVP的一个这个保护

它是可以通过控制一个 MOS 管

来控制这个 OVP 的这个功能

相当于是把外置的OVP的功能

变成了一个分立的

用 MOS 管搭的一个方案

但是用 MOS 管的话它就有个好处

那 MOS 可以选择 1 到 2 毫欧的这种

那可以保证在正常的

3A 电流输入的情况下

它至少可以节省80毫瓦的一个功耗

那其实这套方案就是说

这个是作为 TI 充电IC里面特有的一个功能

然后它本身的这个OVP的响应速度的话

它也可以达到了本身OVP的一个功能

可以达到纳秒级的响应速度

也是非常的快

可以作为浪涌

可以防止前期的一些浪涌的保护

那第二个点就是说

我们有一个12比特的高精度的 ADC

可以用于整个充电控制中的电压电流

还有包括输入电压和输入电流的

信息的控制和采集

那这个可以看到我们可以随时

因为在这个充电过程中

我们可能需要知道

电池的实时的电压电流

和输入端的实时的电压电流

同时把这些信息反馈到适配器

通过适配器来进行调节

那这个时候就需要

那个是我们采的这个电流

是非常精确和实时的

那这个就是我们12位 ADC

在整个过程中的应用

那刚才还有一个网友质问的

就是说我们这个充电IC

是不是集成了这个温度监控

那我这边介绍一下

就是我们这边集成了两种温度保护

第一种是监控就是 TS_bus

可以监控到USB端口的

你放一个 NTC 电阻

接到这个USB端口上去

监控USB端口的保护

第二个就是 TS_bat

就说接到电池上面去

那这两个 NTC 就可以分别作为

充电的输入端端口的检测

和电池端的一个检测

那通过这个办法

我们就可以硬件的实时的监控

那个输入端的温度和充电的温度

也实时的系统上

对这两个端口的温度进行实时控制

那此外那这个我们还有一些

很多的一个 protection

就是说很多的保护功能

包括了电池电压的过流

电池电压的过压

然后还有输入的

输入电压的过流

输入电压的过压

和我们这个整个 Cfly 电流的过流的保护

保证了整个充电过程中的安全可控

那这张就是我们的BQ25970的page

那这边主要是介绍一下这个产品

我们现在已经量产了

可以再大家可以登录 ti.com

上面去搜 BQ25970

就能下载到相关的信息

也可以在我们的 TI store 上面

申请 EVM 和 sample 进行测试

那刚才还有一个网友我还提到了是说

就是 BQ25970 最大支持的充电电流是多少

大概可以看到这边就是

这个最大支持是 8 安培

所以说大家可以基于这个自己的要求

和自己的充电的电池的规格来进行选择

那另外除了 25970

我还要跟大家介绍一个是我们的BQ25910

这个也是我们一个很厉害的一个

黑科技的一个产品

它为什么说是黑科技

它是业界第一款三电平的充电IC

那也是我们的第三代

max charge 的第三代

什么叫三电平

那我先介绍一下这个它有什么好处

然后我们再介绍一下

三电平的一些基本的工作原理

那这个充电IC它的好处

第一个是说效率上

它将相对于以前 buck 的提升

是有5%的效率的这个提升

就是基于我们的25890

来进行实测的一个提升

然后第二个还有一个

我们有一个很高的

lossless current sensing 的技术

它的意思是说

我们只是通过开关管

来进行充电电流的控制

我们不需要我们的像25890上面的

Battery FET 进行电池电压

电池电流的采样充电电流的采样

那这样的话可以帮我们节省

至少10毫欧的这个

整个充电路径上节省10毫欧

那可以更高更好的提升效率

然后这个东西是说

我们主要是用于从 IC

那就是说进行一个并联充电

它可以兼容 TI 的 charger

也包括了这个平台上的一些charger

包括 PMIC 的一些 charger

都是能够实时监完全兼容的

然后还有一个我们

是可以全差分的采样电池的电压

电池的电压信息

这样能够保证电池电压无损

直接踩到电池电芯端的信息

这样的话我们可以无损就把

线路上的损耗给补偿掉

与此同时这个还有一个

我们它有 I2C 的控制

就跟以前的 25890

和 25892是非常的类似

操作起来也很也很方便

那最后就是这个充电IC的芯片

是用了我们TI最新的LPC9的一个工艺

那这个工艺的话

它能够保证我们在

充电同时非常好的情况下

同时能够保证它的这个

封装芯片的封装的面积

变得非常非常的小

那就简单来介绍一下

我们这个三电平电压的

工作的一个原理和条件

就是这个是我们三电平的

一个整个的一个拓扑

整个过程功率器件

它功率器件包括两个

一个是 fly 电容

一个是输出的电感

它在工作的时候分四种条件

那我们这边分两种情况来讨论

就是输入电压

输入电压比较高的时候

比如说电池电压是四伏

那输入电压比较高 高于八伏的时候

那这个时候我们的工作场景来看一下

那输入端的时候

我们是Q1跟Q4在正常导通

那 Cfly 的电压

我们可以认为是1/2的 vin 的电压

那那其实我们可以看到

如果 Cfly的电压是1/2的Vin的电压的话

那SW点的电压

那就相当于是Vin减去 Cfly

就等于1/2的Vin

然后1/2的Vin电压

给电感电流给 Vout

给电感电流减去 Vout

的那就相当于是Vin电压

如果比 Vout 的电压高

1/2 的 Vin 比 Vout 高的话

那就是 VSW 给电感电流进行充电

那我们可以看到电感的电流是这样上升的

那这样在这个周期里面

我们的 Q2 和 Q4 是导通的

那相当于是这个是正常的一个 buck 的

类似的我们电感电流的一个续流的周期

那相当于是电感电流

就相当于是通过电感电流续流

然后导致让电感电流逐渐的放电

那第三个 第三个周期就比较有意思了

是通过这个电容为 Cfly 的电容

给这个电感进行充电

因为我们可以看到

刚刚电荷泵里面也能储能

那这个 VCfly 也能够储能

那通过这个办法可以

让这个 VCfly 上面的电压进行得到释放

并且给电感电流进行充电

那最后一个周期

还是一样这样一个 buck 周期

那这样来看来的话

就是一个电感电流续流的过程

那整个过程可以看到

整个过程它是分了那个

小于50%和大于50%

那但是其实对于输出来看的话

其实是完全是一个

跟传统的 buck 结构是不是相类似的

它是一个电感电流上升下降

上升下降的一个过程

只有输入端的这个功率级上面

是有些不一样

那我们来看下一页

下一页是说

当输入端的占空比大于50%的时候

意思就是说输入端是五伏

输出端还是四伏的时候

那这个时候 VCfly 电压

也是 1/2 的 Vin

那这个时候可能只有 2.5 伏

那在这个地方我们可以看到

当输入端减去 VCfly

SW的电压是只有2.5伏的时候

它是怎么给电感充电的时候

实际上这个时候是电感续流的过程

所以相当于是说

电感的电流在这个时候是被放掉的

然后那如果在这个放的过程中

我们如何保证电感电流在下个周期

能够恢复回来

那所以说我们这个控制逻辑

现在发生了一些变化

Q1跟Q3导通

那这个时候是Vin的电压

直接给电能电流进行充电

那这个时候也是一个

电荷电流充电的过程

电感充电的过程

那还有一个过程就是我们 VCfly

进行放电的时候

通过这样一个办法

就因为 VCfly 电压比较低

那其实这个时候也是一个续流的过程

那最后还是通过这样一个

Q1跟Q3导通的情况下给电感电流进行充电

那完成了整个充电

整个的电感电流的续流

和电那个电容的续流的一个

电容的那个稳压的一个过程

那在这种情况下

那我们来看一下它有什么好处

它在不管是输入电压大于

2Vin 和输入电压小于 2Vin 的时候

它 SW 的电压它永远只有1/2的Vin

那这就保证我整个开关的时候

这就保证了我整个器件的开关损耗

会比一般的传统的 buck 会低一些

那就是整个的 switch loss 会低一些

那第二个就是我们电感电流的纹波

我们可以看到这个的对比

那如果是在50%的占空比的情况下

电感电流的纹波会比较大

由于我们这个等于1/2的Vin

所以 1/2 Vin 的电压给电感进行充电

其实是降低了我们输入端的

降低了电感电流的纹波

这个电流峰值的纹波

所以其实也降低了电感整个的 loss

Reduced inductance need

还有还有 DCR 和它的 AC 的这个功率损耗

所以三电平主要总结下来

其实就是开关损耗变得比较低

电感纹波比以前小

所以它整个的损耗

会比传统的 buck 会提升很多

那这个就是我们实测的一个

实测的效率的一个波形

可以看到我们在

25910+330nH的电感的情况下

那我们的效率

可以提升至少有5%个百分点

那我们这这边可以看到

功率损耗相同的情况下

以前 25892 是大概是 1uH 2.8A

那如果换到 25910 的话

25910 用 330nH

就可以充电充到4.3安培

相当于提升是非常大的

一个非常大的一个提升

同时的话这个芯片的这个

就是这个电感的这个体积会变得比较小

因为 330nH 的话可以把这个

330nH 的电感体积会比 1uH 的要小很多

那这个就是我们 25910 的

典型的一个充电IC的一个

双引擎充电IC的一个场景

那第一个就看到比如说

这是我们的主的充电 IC

比如说类似于 25890和25896

那这个地方做主的充电IC

那它是带 power pass 的

它需要给不仅给那个电池充电

还需要通过电池给系统供电

或者还需要输入端给系统供电

那在 25910 从 IC 功能简单一点

就是输入端直接输入只给电池充电

那这样的话

它就能够保证那在整个从IC的过程中

你的充电电流完全是可以进行配置的

所以在整个充电过程中

我们在主加从的这种方式

可以优化到这个

可以极大地优化充电的温升的一个效率

那这个是我们这个 EVM 板上的

面积的一个对比

那这边可以看到 25898 的话

整个的 EVM 的面积是76.2

那这 25910 EVM 面积56个平方毫米

所以25910的话

整个的话因为它兼容的电感比以前做得更小

所以它其实整个的面积会优化

可以优化的更小一些

然后它比本身的发热也会更低一些

那我们可以看一下

我们整个的发热的一个对比

那发热对比的话我们可以看到

25910 在同等的充电条件下

9伏输入3.8伏充电电流三安培

那25910整个充电IC的温升才43.5度

然后这个25898

这个的充电IC的温度是51.5度

可以看到就是同等的 EVM 的情况下

那25910可以减少7.5度的这个therma

可以减7.5度的温升

那其实对于对于客户来说

如果你要把这7.5度提升上来

那充电电流就会相当的大

是通过这个办法

你可以两种设计思路

一种是保持充电电流不变的情况下

然后我们可以把它这温度做的

就芯片的温度会做的更低

那还有就是把芯片温升不变的情况下

那可以把充电电流做得更大

那这个就是25898和25910

在配合充电的时候

进行的一个整个充电流程的一个监控

那一个测试波形

那我们可以看到

这个是我们的电池电压在不停的上升

再上升到一定阶段的时候

在恒流的快速恒流阶段的时候

25910我们进行先截止

然后25898进行后截止

进行后面的CV的一个过程

那整个过程中

可以保证它整个的时间可以做得很长

然后也能保证它能够跟主 IC 完美的配合

这个就是我们25910的整个充电流程

它其实只支持到这个CC充电

和部分的CV充电

那其实在CC就是在这种

低于电池电压比较低的时候

还是需要主IC来配合

那在电池要高的时候

它需要主IC来进行这个恒压的控制

那 910 只负责整个大电流环节中

效率最高的那一部分

那这样就能保证

整个充电速度能够更快更好

那最后总结下来其实就是

大家对于快速充电的需求也越来越高

所以也需要我们提高快速充电的电流

以及充电的功率

那给我们带来的难度

就是说我们要保证我们的

在功率提高的情况下

我们要提高我们的效率

然后同等同时也减小尺寸

然后提高整个充电 IC 的功率密度

那这个时候我们就

也提出了一些新的解决办法

就是25970和910这些

这个高效率的充电IC来突破这些挑战

那最新的手机设计中

我的建议是说

我的建议是给大家是说

可以用到这种25970和910

来提升这种快充的体验

那我们也希望就是

我们的大家可以

参加了这个直播以后

可以在网上申请我们的

在 ti.com 上面去下载我们的资料

直接去搜索 BQ25970 BQ25910

可以下载这个资料可以申请样品

那也希望大家去基于这款样品

做一些验证和测试

也最终希望大家能够

在自己的终端设备上面

能够用我们的产品

为我们的整个的

整个的手机的充电体验能够更上一个台阶

大家上午好

我是德州仪器华南销售团队的技术支持

我叫张族贤

英文名叫 Hisen

那今天很荣幸

跟大家介绍一下

介绍一下关于 TI

在新生代的一些快充的技术

那我们今天主要直播的内容有三个点

那第一个是快速充电的发展

以及它在终端设备上的设计挑战

那第二个就是说

我们手机充电芯片的技术的演进

然后第三个就是说

我们介绍一下我们新生代的充电芯片

它目前已经登上了舞台

它有超高的效率

非常小的尺寸

有非常好的功率密度

大家可以一起来看一下

那就我们刚才刚才在那个线下的时候

我看到了很多的

有很多网友发了一些问题

那这边可以看一下

就是我们快速充电发展到现在

我们的标准

其实从以前的五伏 1 安

到现在的五伏 2.4 安

到现在的一些标准

比如说高压的快充协议

和低压的快充协议

再到后面的我们的比如说 USBPD3.0 的

这种下一代的基于电荷泵的

和三电平的充电 IC

那这个就是在这三个领域

TI 都有相关的充电 IC

以及与之对应的快充标准进行对应

所以这个就是在下一代的充电IC

我们这边是叫做 MaxCharge

第三代的充电

MaxCharge 第三代充电

然后它也支持了 USB PD 的协议

和 USB PPS 的协议

OK 在快速充电中

其实我们在设计中带来的挑战

主要有哪些

那第一个就是说

我们要传统的适配器

要突破传统的适配器的功率的限制

传统的适配器可能只有五伏一安五伏两安

那这个时候我们说快充的话

那快速的充电器它首先要支持

大电流的输出或者高压的输出

这样才能满足功率的要求

那在满足功率的要求的情况下

我们的终端设备

需要在外壳温度保持在一定的情况下

那我们如何去优化它最大的充电电流

那在这种情况下

我们就需要我们的充电芯片

通过提升转化效率来降低热的损耗

因为整个充电流程

相当于是这边一个充电器

它会通过我们的线上面

会产生一个电压

一个固定的电压

给电池进行充电

那这个电压到充电之间

中间是有一个充电IC

那充电IC就是把这个电压

到这个电流之间

电压转化成这个电池的电压

然后并且转化成大电流来进行充电

充电 IC 的效率

就取决于整个芯片的

这个整个这个移动设备的发热

所以在这种情况下

所以说我们就需要我们的充电IC

会有更好的效率才能满足这样的需求

那快充的情况下充电IC

不仅要满足快速充电

电流要大效率要高

同时也要能保证电池的安全

以及电池的寿命

其实我们再强调一下

就是我们终端设备在实际考虑中

我们有个外壳温升的限制

一般我们的手机的外壳

或者移动设备的外壳

需要保持在40度以下

当然我们都不希望

我们在充电的时候非常的烫

比如说我们打电话充电的时候

会把耳朵烫到这种应用场景

是大家都不希望的

这样非常影响充电体验

那在这种外壳温度

它是又是由我们的功耗

就是我们的 power loss

和我们本身器件的温升

和整个电路板的总的温升构成的

那在外壳温度固定的情况下

我们如何才能提供更好的

提供更大的充电电流

这就要要求我们的充电IC

我们的 charger 的效率要不停的升高

那再来问的问题就是

为什么充电芯片的效率提升是它的关键

首先这个看一下

就是这个是我们一个

两个不同充电 IC 的一个区别

那上一代的充电 IC 我们可以看到

它的充电效率在 2.2A 的时候

它是它是 91 的效率

在下一代的时候我们换到了

提升了 2.5 到了92.5

这个时候我们可以看到

这个是效率

这个是充电电流跟效率的关系

那再来看这张图

我们换一个角度来看

就是我们的充电电流

在充电电流固定的情况下

输入电压固定的情况下

我们产生的效率损耗 power loss

是怎么样一个不同

那首先来看如果是同样一个

黄色的充电 IC 来看

在充电电流在 2.2 安培的情况下

我们的功率损耗是 0.82 瓦

那如果我们在保持同等功率损耗的情况下

就是保持手机整个温升不变的情况下

那我们换用新的充电 IC

来看一下那新的充电 IC

由于效率更高

它的功率损耗更小

其实在同等的功率损耗的情况下

它可以做到提升到 27%

所以就是我们提升 2.5 的效率

其实可以换来 25 的电流的增加

而且同时要保证手机的芯片的

温度不会有太大的变化偏差

所以说这就是为什么

我们充电器 IC 的芯片的效率

一定要提高提高再提高

这张图我们主要是介绍一下

这张图我们主要是介绍一下

就是功率损耗和充电IC的一个

在手机系统上设计的一个关系

那这张图我们可以看到

我们传统的充电 IC

是在 BQ25890 和 892 的话

它功率损耗可能功率的效率的话

可能只有在比如说在90%和92%之间

其实能用到的区间的充电电流

如果手机如果我们固定

比如说刚才我们说的那个功率损耗

可能在手机上讲的话

一般来说保持 40 度的话

那我们其实整个的功率损耗

可能就在 0.75 瓦到 1 瓦之间

那在固定了这个功率损耗的情况下

我们要选择一个更大的充电效率的话

那我们有很多的选择

那这个地方我们可以看到

是用 890 和 892

这个地方我们可以看到

首先是我们把我们的功率损耗固定以后

把芯片温升固定以后

我们现在可以进行选择

在之前我们只能选择 890 892

这种充电 IC

那今天我们在18年来看的话

我们有新的一个选择

这个因为PPT这个这个动画的问题

我们这边有两个 25970 和 910 的

这个曲线放在后面

所以其实今天我们来看的话

我们的这个范围

可以提升到了三安到六安

在以前的话可能只有 2-3A

这样一个过程

这个是我们 TI 充电芯片的

一个创新演进

这张 slice 那主要介绍是说

我们TI从14年开始

在持续性的对充电方面

进行了持续性的投入

包括14年的2419系列

那还有2589系列

那14年2419系列

主要适用于 5V 2A 这种应用场景

2589系列主要适用于高压

和双引擎这种充电IC的这种场景

那包括我们的16年17年的

这种2587x这种系列

这个适用于低压大电流的应用场景

在17年我们也推出量产了一款叫

叫 Switch cap 的 charger

那这款充电 IC 是支持高压的

高压的输入的充电

在低压的基础上做了一些演进和改变

那基于18年我们还有一颗新的产品

是用 BQ25910

那这一款是第一款业界的

三电平的 buck 的充电 IC

它的拓朴跟一般 buck 有些不一样

但它能实现跟 buck 同样的功能

也是一个非常好的一个从IC

那我们来简单说

今天我们主要讲两个充电 IC

那这个就是25970的电荷泵的

充电 IC 的一些简单的原理

那这个电荷泵的充电 IC 的简单的原理

它是这样一个工作流程

就在工作一的时候是Q1跟Q3打开

那我们可以对应到这张图

可以看到的是我们在通过输入端的

输入端电压给给电容充电

然后同时给电容 1 2 进行充电

充电以后然后这样

这个让电容 1 2 的电压

完全保持一致的以后

那我们看到这个

是我们充电电流上的

这个电容的纹波的波形

那在2的时候

我们的 C通过这样通过Q2Q4导通

通过把这个 Cfly 上的电容的电压

传递的能量通过这个东西

传递到这个输出端

让这个整个充电流程的 Cfly 上的

电容的纹波保持一个不变

那这样的话在实际工作过程中

是通过了 Cfly 的电容

进行了那个电荷的一个搬运

也实现了那个能量的传递

因为这种电荷泵似的那个充电IC

它的拓扑它有几个好处

第一个是说它在零电压零电流

它能实现零电压的开启和零电流的关断

它这样的话能够保证

这个整个充电IC的充电效率

达到非常非常的好

然后第二个然后它在效率优化上面

还有就是本身没有整个通路

它没有电感的器件

没有感性器件的话

它其实没有二极管的导通

在 MOS 管关闭的时候

它没有二极管的导通

它没有反向恢复的时间

那最后就是我们这个整个充电通路

没有电感的器件

也没有电感的 DCR 的效率损耗

所以整个过程

只是它的导通损耗

占了整个充电IC的

一个比较大的一个点

那这张图就是可以看到

我们25970的最核心的一个 spec

那就是说这个充电IC

我们可以看到它在六安培的情况下

充电的效率可以达到96.5%

那我们也看到刚刚在零点八瓦的这个

这个 power loss 的情况下

我们可以看到这个充电IC可以实现

六安培的一个充电

那这个完全就是

完全就是说同等的功耗

就跟上一代比是同等的功耗情况下

可以实现六安培

而之前的我们的 25890

可能是在 2-3A 这样一个区间

是大幅度的提升了

这个我们的热裕量和 power loss

这个大幅度地降低了我们的power loss

那25970除了实现如此高效以外

它还有它还有除了这个除了充电

除了电荷泵这个拓朴结构比较高效以外

它还可以实现的是说

它做一个充电IC的一些重要功能

那它充电 IC 的一些重要功能

主要是第一个就是说

我们集成了一个外部 MOS 这个功能

那集成外部 MOS 的话

因为我们这个 slice 本来是个动画

那这边现在没有了

我就大概跟它讲一下

就是说外部的话一般来说

我们是一个 OVP 的一个器件

它会加一个在整个充电过程中

会前面会加一个 OVP 的这个器件

作为保护防浪涌的保护

那这个 OVP 的器件的话

通常情况下讲它是一个

串在这个整个通电通路上的

它的大概的 Rdson 的话

大概是 10 到 20 毫欧之间的一个水平

但是我们这个 TI 的这个25970

它集成了一个外置OVP的一个这个保护

它是可以通过控制一个 MOS 管

来控制这个 OVP 的这个功能

相当于是把外置的OVP的功能

变成了一个分立的

用 MOS 管搭的一个方案

但是用 MOS 管的话它就有个好处

那 MOS 可以选择 1 到 2 毫欧的这种

那可以保证在正常的

3A 电流输入的情况下

它至少可以节省80毫瓦的一个功耗

那其实这套方案就是说

这个是作为 TI 充电IC里面特有的一个功能

然后它本身的这个OVP的响应速度的话

它也可以达到了本身OVP的一个功能

可以达到纳秒级的响应速度

也是非常的快

可以作为浪涌

可以防止前期的一些浪涌的保护

那第二个点就是说

我们有一个12比特的高精度的 ADC

可以用于整个充电控制中的电压电流

还有包括输入电压和输入电流的

信息的控制和采集

那这个可以看到我们可以随时

因为在这个充电过程中

我们可能需要知道

电池的实时的电压电流

和输入端的实时的电压电流

同时把这些信息反馈到适配器

通过适配器来进行调节

那这个时候就需要

那个是我们采的这个电流

是非常精确和实时的

那这个就是我们12位 ADC

在整个过程中的应用

那刚才还有一个网友质问的

就是说我们这个充电IC

是不是集成了这个温度监控

那我这边介绍一下

就是我们这边集成了两种温度保护

第一种是监控就是 TS_bus

可以监控到USB端口的

你放一个 NTC 电阻

接到这个USB端口上去

监控USB端口的保护

第二个就是 TS_bat

就说接到电池上面去

那这两个 NTC 就可以分别作为

充电的输入端端口的检测

和电池端的一个检测

那通过这个办法

我们就可以硬件的实时的监控

那个输入端的温度和充电的温度

也实时的系统上

对这两个端口的温度进行实时控制

那此外那这个我们还有一些

很多的一个 protection

就是说很多的保护功能

包括了电池电压的过流

电池电压的过压

然后还有输入的

输入电压的过流

输入电压的过压

和我们这个整个 Cfly 电流的过流的保护

保证了整个充电过程中的安全可控

那这张就是我们的BQ25970的page

那这边主要是介绍一下这个产品

我们现在已经量产了

可以再大家可以登录 ti.com

上面去搜 BQ25970

就能下载到相关的信息

也可以在我们的 TI store 上面

申请 EVM 和 sample 进行测试

那刚才还有一个网友我还提到了是说

就是 BQ25970 最大支持的充电电流是多少

大概可以看到这边就是

这个最大支持是 8 安培

所以说大家可以基于这个自己的要求

和自己的充电的电池的规格来进行选择

那另外除了 25970

我还要跟大家介绍一个是我们的BQ25910

这个也是我们一个很厉害的一个

黑科技的一个产品

它为什么说是黑科技

它是业界第一款三电平的充电IC

那也是我们的第三代

max charge 的第三代

什么叫三电平

那我先介绍一下这个它有什么好处

然后我们再介绍一下

三电平的一些基本的工作原理

那这个充电IC它的好处

第一个是说效率上

它将相对于以前 buck 的提升

是有5%的效率的这个提升

就是基于我们的25890

来进行实测的一个提升

然后第二个还有一个

我们有一个很高的

lossless current sensing 的技术

它的意思是说

我们只是通过开关管

来进行充电电流的控制

我们不需要我们的像25890上面的

Battery FET 进行电池电压

电池电流的采样充电电流的采样

那这样的话可以帮我们节省

至少10毫欧的这个

整个充电路径上节省10毫欧

那可以更高更好的提升效率

然后这个东西是说

我们主要是用于从 IC

那就是说进行一个并联充电

它可以兼容 TI 的 charger

也包括了这个平台上的一些charger

包括 PMIC 的一些 charger

都是能够实时监完全兼容的

然后还有一个我们

是可以全差分的采样电池的电压

电池的电压信息

这样能够保证电池电压无损

直接踩到电池电芯端的信息

这样的话我们可以无损就把

线路上的损耗给补偿掉

与此同时这个还有一个

我们它有 I2C 的控制

就跟以前的 25890

和 25892是非常的类似

操作起来也很也很方便

那最后就是这个充电IC的芯片

是用了我们TI最新的LPC9的一个工艺

那这个工艺的话

它能够保证我们在

充电同时非常好的情况下

同时能够保证它的这个

封装芯片的封装的面积

变得非常非常的小

那就简单来介绍一下

我们这个三电平电压的

工作的一个原理和条件

就是这个是我们三电平的

一个整个的一个拓扑

整个过程功率器件

它功率器件包括两个

一个是 fly 电容

一个是输出的电感

它在工作的时候分四种条件

那我们这边分两种情况来讨论

就是输入电压

输入电压比较高的时候

比如说电池电压是四伏

那输入电压比较高 高于八伏的时候

那这个时候我们的工作场景来看一下

那输入端的时候

我们是Q1跟Q4在正常导通

那 Cfly 的电压

我们可以认为是1/2的 vin 的电压

那那其实我们可以看到

如果 Cfly的电压是1/2的Vin的电压的话

那SW点的电压

那就相当于是Vin减去 Cfly

就等于1/2的Vin

然后1/2的Vin电压

给电感电流给 Vout

给电感电流减去 Vout

的那就相当于是Vin电压

如果比 Vout 的电压高

1/2 的 Vin 比 Vout 高的话

那就是 VSW 给电感电流进行充电

那我们可以看到电感的电流是这样上升的

那这样在这个周期里面

我们的 Q2 和 Q4 是导通的

那相当于是这个是正常的一个 buck 的

类似的我们电感电流的一个续流的周期

那相当于是电感电流

就相当于是通过电感电流续流

然后导致让电感电流逐渐的放电

那第三个 第三个周期就比较有意思了

是通过这个电容为 Cfly 的电容

给这个电感进行充电

因为我们可以看到

刚刚电荷泵里面也能储能

那这个 VCfly 也能够储能

那通过这个办法可以

让这个 VCfly 上面的电压进行得到释放

并且给电感电流进行充电

那最后一个周期

还是一样这样一个 buck 周期

那这样来看来的话

就是一个电感电流续流的过程

那整个过程可以看到

整个过程它是分了那个

小于50%和大于50%

那但是其实对于输出来看的话

其实是完全是一个

跟传统的 buck 结构是不是相类似的

它是一个电感电流上升下降

上升下降的一个过程

只有输入端的这个功率级上面

是有些不一样

那我们来看下一页

下一页是说

当输入端的占空比大于50%的时候

意思就是说输入端是五伏

输出端还是四伏的时候

那这个时候 VCfly 电压

也是 1/2 的 Vin

那这个时候可能只有 2.5 伏

那在这个地方我们可以看到

当输入端减去 VCfly

SW的电压是只有2.5伏的时候

它是怎么给电感充电的时候

实际上这个时候是电感续流的过程

所以相当于是说

电感的电流在这个时候是被放掉的

然后那如果在这个放的过程中

我们如何保证电感电流在下个周期

能够恢复回来

那所以说我们这个控制逻辑

现在发生了一些变化

Q1跟Q3导通

那这个时候是Vin的电压

直接给电能电流进行充电

那这个时候也是一个

电荷电流充电的过程

电感充电的过程

那还有一个过程就是我们 VCfly

进行放电的时候

通过这样一个办法

就因为 VCfly 电压比较低

那其实这个时候也是一个续流的过程

那最后还是通过这样一个

Q1跟Q3导通的情况下给电感电流进行充电

那完成了整个充电

整个的电感电流的续流

和电那个电容的续流的一个

电容的那个稳压的一个过程

那在这种情况下

那我们来看一下它有什么好处

它在不管是输入电压大于

2Vin 和输入电压小于 2Vin 的时候

它 SW 的电压它永远只有1/2的Vin

那这就保证我整个开关的时候

这就保证了我整个器件的开关损耗

会比一般的传统的 buck 会低一些

那就是整个的 switch loss 会低一些

那第二个就是我们电感电流的纹波

我们可以看到这个的对比

那如果是在50%的占空比的情况下

电感电流的纹波会比较大

由于我们这个等于1/2的Vin

所以 1/2 Vin 的电压给电感进行充电

其实是降低了我们输入端的

降低了电感电流的纹波

这个电流峰值的纹波

所以其实也降低了电感整个的 loss

Reduced inductance need

还有还有 DCR 和它的 AC 的这个功率损耗

所以三电平主要总结下来

其实就是开关损耗变得比较低

电感纹波比以前小

所以它整个的损耗

会比传统的 buck 会提升很多

那这个就是我们实测的一个

实测的效率的一个波形

可以看到我们在

25910+330nH的电感的情况下

那我们的效率

可以提升至少有5%个百分点

那我们这这边可以看到

功率损耗相同的情况下

以前 25892 是大概是 1uH 2.8A

那如果换到 25910 的话

25910 用 330nH

就可以充电充到4.3安培

相当于提升是非常大的

一个非常大的一个提升

同时的话这个芯片的这个

就是这个电感的这个体积会变得比较小

因为 330nH 的话可以把这个

330nH 的电感体积会比 1uH 的要小很多

那这个就是我们 25910 的

典型的一个充电IC的一个

双引擎充电IC的一个场景

那第一个就看到比如说

这是我们的主的充电 IC

比如说类似于 25890和25896

那这个地方做主的充电IC

那它是带 power pass 的

它需要给不仅给那个电池充电

还需要通过电池给系统供电

或者还需要输入端给系统供电

那在 25910 从 IC 功能简单一点

就是输入端直接输入只给电池充电

那这样的话

它就能够保证那在整个从IC的过程中

你的充电电流完全是可以进行配置的

所以在整个充电过程中

我们在主加从的这种方式

可以优化到这个

可以极大地优化充电的温升的一个效率

那这个是我们这个 EVM 板上的

面积的一个对比

那这边可以看到 25898 的话

整个的 EVM 的面积是76.2

那这 25910 EVM 面积56个平方毫米

所以25910的话

整个的话因为它兼容的电感比以前做得更小

所以它其实整个的面积会优化

可以优化的更小一些

然后它比本身的发热也会更低一些

那我们可以看一下

我们整个的发热的一个对比

那发热对比的话我们可以看到

25910 在同等的充电条件下

9伏输入3.8伏充电电流三安培

那25910整个充电IC的温升才43.5度

然后这个25898

这个的充电IC的温度是51.5度

可以看到就是同等的 EVM 的情况下

那25910可以减少7.5度的这个therma

可以减7.5度的温升

那其实对于对于客户来说

如果你要把这7.5度提升上来

那充电电流就会相当的大

是通过这个办法

你可以两种设计思路

一种是保持充电电流不变的情况下

然后我们可以把它这温度做的

就芯片的温度会做的更低

那还有就是把芯片温升不变的情况下

那可以把充电电流做得更大

那这个就是25898和25910

在配合充电的时候

进行的一个整个充电流程的一个监控

那一个测试波形

那我们可以看到

这个是我们的电池电压在不停的上升

再上升到一定阶段的时候

在恒流的快速恒流阶段的时候

25910我们进行先截止

然后25898进行后截止

进行后面的CV的一个过程

那整个过程中

可以保证它整个的时间可以做得很长

然后也能保证它能够跟主 IC 完美的配合

这个就是我们25910的整个充电流程

它其实只支持到这个CC充电

和部分的CV充电

那其实在CC就是在这种

低于电池电压比较低的时候

还是需要主IC来配合

那在电池要高的时候

它需要主IC来进行这个恒压的控制

那 910 只负责整个大电流环节中

效率最高的那一部分

那这样就能保证

整个充电速度能够更快更好

那最后总结下来其实就是

大家对于快速充电的需求也越来越高

所以也需要我们提高快速充电的电流

以及充电的功率

那给我们带来的难度

就是说我们要保证我们的

在功率提高的情况下

我们要提高我们的效率

然后同等同时也减小尺寸

然后提高整个充电 IC 的功率密度

那这个时候我们就

也提出了一些新的解决办法

就是25970和910这些

这个高效率的充电IC来突破这些挑战

那最新的手机设计中

我的建议是说

我的建议是给大家是说

可以用到这种25970和910

来提升这种快充的体验

那我们也希望就是

我们的大家可以

参加了这个直播以后

可以在网上申请我们的

在 ti.com 上面去下载我们的资料

直接去搜索 BQ25970 BQ25910

可以下载这个资料可以申请样品

那也希望大家去基于这款样品

做一些验证和测试

也最终希望大家能够

在自己的终端设备上面

能够用我们的产品

为我们的整个的

整个的手机的充电体验能够更上一个台阶