手機充電管理設計關鍵及主流方案分析

2021-06-19 13:06:27 字數 2271 閱讀 4990

雖然目前市面上的手機品牌眾多,但其充電迴路大致相同,都採用基於pmos的充電電路。使用pmos時易於以較低電壓控制其開關,而手機主機板上電壓多為3v左右,因此能輕鬆實現開關控制。另外,mos管是電壓型控制器件,相對三極體而言,功耗也小很多。

常見的手機充電電路可分為如下三種:

1、 pmos+肖特基二極體:mtk和展訊平台採用此種方式。pmos控制充電的開關和充電電流的大小,肖特基二極體防止電池通過pmos的內部寄生二極體倒灌電流,且正嚮導通時其正向壓降相對普通二極體要小。

推薦產品:bf9024spd-m(8pin)、bf9024spd-ms(6pin):主要引數請參考表一。

表一.bf9024spd系列主要引數

圖一。 pmos+二極體

圖二。 分離pmos和二極體

bf9024spd-m(8pin)、bf9024spd-ms(6pin)是針對此應用的功率器件,如圖一。為減少長時間充電時mos發熱,比亞迪微電子在封裝上將其底部散熱片外露,以便更好散熱。不要小瞧此散熱片,它不僅能提高充電時散熱效率,有助於提高產品可靠性,而且能使電池充電更充分。因為mos內阻是正溫度係數,即溫度越高時,其內阻越大,在50℃時,溫度每上公升10℃,其內阻會上公升約5%,有此散熱片可加速器件散熱,使其內阻上公升控制在3%以下,在充電時可使電池充電電壓比同類產品高出約50mv。

我們記錄了bf9024spd-m在mtk6223平台上應用時,電池電壓從2.8v充至穩定的4.185v時的2000多個資料,從約60ma的預充電電流到恆流充電的550ma電流,再到充滿時約50ma的脈衝電流的整個過程中,監控的電池電壓最終穩定在4.185~4.195之間,請參考圖三;當用usb埠充電時,滿充時電池電壓穩定在4.188v,請參考圖四。整個充電過程中,電池滿充電壓一致性非常好,且整個充電曲線一致性也非常好。

圖三。 bf9024spd-m應用於mtk6223平台充電曲線—介面卡充電

圖四。 bf9024spd-m應用於mtk6223平台充電曲線—usb埠充電

由於bf9024spd-m與bf9024spd-ms底部散熱片與pmos的漏極(d極)、肖特基二極體的負極(k極)相連,在設計時不能作為gnd或與其它訊號線相連。請在pcb layout時,注意其底部不要有接地pad或其它訊號走線,對應layout,請參考下圖

五、六。

此兩產品已被展訊平台認證,您可參考展訊的原始參考設計bom。

圖五。 bf9024spd-m layout參考

圖六。 bf9024spd-ms layout參考

在低成本應用中,可使用分離的mos管和肖特基二極體來代替整合器件,如圖二。bf92301p的小封裝能滿足您此類設計需求,其主要引數請參考表二。

2、 pmos+ pmos:ti和部分mtk平台、雙電池平台中採用這種方式。此種應用是pmos+肖特基二極體應用的改良。在pmos+肖特基二極體應用的充電迴路中,肖特基二極體因持續導通會占用0.4v以上的壓降,而將肖特基二極體換為pmos管後,因mos的導通內阻非常小,壓降可大幅降低,從而保證usb埠或外接5v基準電壓在經充電迴路損耗後仍能有足夠高於單節鋰電充電所需電壓。

推薦產品:bf9024dpd-ms,主要引數,請參考表二。

隨著手機主機板越來越小,手機功能越來越多,人們希望手機或數碼產品一次充電後能使用更長的時間。在此需求下,衍生出了雙電池的應用。雙pmos在雙電池的應用中能很好的利用其極低的導通壓降和電流單流向易控性來實現。

3、 pnp管+pmos:qualcomm平台幾乎都是採用這種方式。pnp管用於控制充電的開關和充電電流的大小,pmos則作為開關元件實現充電迴路的連通和切斷。

推薦產品:bf92301p,主要引數,請參考表二。

表二。 bf92301p和bf9024dpd-ms主要引數

在各平台**商產品不斷更新下,手機充電管理應用中,pmos+肖特基二極體的外部電路始終是最簡潔、可靠的選擇之一。從展訊的6600l到6600l6、6600l7、6610k,一直採用此方式作為充電設計。至於聯發科目前極力推廣的新平台mtk6253,除其本身含有的電源管理部分外,在其外部電路中將過壓保護(ovp)、恆流等功能集中在一起,形成二次保護。當然,這種做法,在聯發科早期的設計中也出現過,即採用pmic(power management ic)來專門處理電源部分。但隨著應用技術的成熟,手機介面卡的輸出介面統一,其輸出電壓(5v±5%)能做到和標準usb介面完全一致,一些有研發實力的設計公司已經將pmos+肖特基二極體應用到mtk6253平台上,只不過在外部電源輸入部分再加一穩壓二極體,從而極大的節約電源管理部分成本。

本文小結

常見充電電路中,pmos是應用中關鍵器件,其品質、效能直接影響充電發熱量及充電時間長短。比亞迪微電子的mos產品,經歷多年市場的錘煉,無論產品品質、**、交期及產品技術支援,都得到良好提公升。

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