手机充电系统设计挑战及解决方案

章节　　目前市场上有多种类型的适配器可为锂离子电池电池并为手机系统获取电源，同时由于中国实行了统一的手机电池模块，只要相容的USB模块的连接线都可以为手机电池，这样设计人员将不得而知获知消费者到底用于何种适配器为手机电池，而这些适配器的电气规格不会因为制造商的有所不同而各异，同时由于半导体工艺的不断进步，手机平台的主频和集成度更加低，芯片面积更加小，但平台芯片的耐压也随之减少，这些都为设计人员明确提出了不利的挑战，拒绝设计人员必需设计出有一个针对有所不同手机平台在用于有所不同适配器的情况下皆能符合安全性和可靠性拒绝的手机电池系统。本文首先辩论手机电池系统面对的一些主要问题，然后针对这些问题明确提出了对应的措施，以协助设计人员应付这些挑战。　　手机电池系统面对的主要问题及应付措施　　手机电池系统面对的主要问题有输出过压、如何相容诺基亚适配器、有所不同拒绝的手机电池系统相容设计以及手机电池系统外围器件的布局及PCB布线考虑到等。

　　输出过压及过压维护　　造成输出过压的原因有很多，如用于非稳压的或者不准确的适配器，某些国家的电网不大位造成适配器的输入电压随市电电压变化、适配器热插拔或阻抗瞬态变化时引发的瞬态过压等。用于非稳压的或者不准确的适配器和适配器热插拔时的瞬态是引发输出过压最少见的情况。　　目前市场上少见的适配器根据特性可区分为两种：稳压适配器和非稳压适配器。

稳压适配器的输入电压通过内部电路获取十分杰出的线性调整亲率（LineRegulation）和阻抗调整亲率（LoadRegulation），而非稳压适配器所获取的输入电压各不相同阻抗。图1为典型的非稳压适配器和稳压适配器的输入电压与阻抗的关系曲线图。　　　　图1：稳压与非稳压适配器的阻抗曲线图。

　　而在适配器热插拔时，也不会经常出现瞬态的过压电压，由于适配器连接线的宿主电感效应，热插拔时会产生瞬态的输入波动波形，经过一段时间的波动后不会平稳在DC值。图2为5.5V适配器热插拔时的瞬态波形，一般来说适配器热插拔时产生的瞬态过压峰值电压是其DC值的两倍左右。　　　　图2：直流输入为5.5V的AC适配器热插拔时的瞬态过压波形。　　随着半导体工艺的不断进步，手机平台的集成度和主频更加低，芯片面积更加小，随之带给的问题是平台芯片的耐压也随之减少。

早期平台的耐压较为低，非稳压适配器的3组输入电压或者适配器热插拔时的瞬态过压手机平台是可以忍受的。而使用先进设备工艺制程的手机平台由于集成度低，耐压较低，前面所述的电压必要特到手机平台芯片上就有可能会引发芯片的受损，所以使用先进设备工艺制程的手机平台就拒绝设计人员应用于时必须在适配器和手机平台对应的电池模块之间减少一个输出过压维护（OVP）芯片，避免适配器输入的过高电压对手机平台芯片产生受损。例如MTK的早期手机平台MT6305/5318、展讯的SC6600L的电池插槽最低可忍受电压为15V，高通的QSC6240/6270的电池插槽最低可忍受电压为18V，皆不拒绝减少OVP芯片，而MTK的MT6223/6235/6238/6253由于电池插槽最低可忍受电压只有9V，所以就拒绝减少OVP芯片，以避免适配器的过高输入电压对手机平台芯片产生受损。

　　对于减少的OVP芯片，其可忍受的最低耐压只要和早期的几个手机平台芯片的耐压完全相同就可以了，因为早期的手机平台芯片早已大批量销售，在市场的长年应用于检验了其耐压的安全性和可靠性，所以对于减少的OVP芯片，其可忍受的最低耐压只要在15V以上就早已充足了。　　出于电池时的安全性考虑到，手机平台一般不会容许电池电压在7V以下，适配器输入电压低于7V若必要收到手机电池模块是不容许电池的，另外由于国内统一的电池接口标准的实行，适配器的DC输入电压大多集中于在5～6V，针对国内适配器的特点，OVP芯片主要是为了防止适配器热插拔时的瞬态过冲对手机平台芯片的总计性受损。　　　　图3：限于于国内适配器的单芯片手机电池系统方案。

　　而上海艾为的AW3206就是一款能符合国内手机电池系统拒绝的OVP芯片。AW3206的OVP维护电压为6.8V，限于于适配器输入电压为5～6V的国内手机电池系统。对于热插拔的瞬态过压，AW3206的100ns过压维护反应时间能保证手机电池系统的安全性。

AW3206高达8KV（HBM）的ESD维护和450mA的Latch-up维护都是减少手机电池系统的安全性和可靠性的有力基础。　　为了减少手机电池系统的安全性和可靠性，AW3206具备以下特点：　　1、6.8V的输出维护电压，限于于适配器输入电压为5～6V的国内手机电池系统；　　2、构建K-Charge技术的输出限流维护，既能在芯片温度较低的时候确保较为大的充电电流，又能在芯片结温太高时智能调整输入电流来容许结温，性能与安全性顾及；　　3、构建具备防反溪边功能的电池P-MOSFET，既节省成本，又可避免待机时电池电流反灌；　　4、锂离子电池过压维护和过温维护。

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