中国信息产业部发布的“YD/T 1591-2006移动通信手持机充电器及接I I技术要求和测试方 法”标准2经强制执行，预计这一举措将大幅减少中国何年与新一起销传的电池充电器 的数量，从而降低总体材料成本，并减少废弃电子装置带来的环境污染YD/T 1591标准涉及两大部分，分别是移动通信手持机侧（简称“侧”）和充电器侧手 机侧指的是加上连接充电器直流输出端的线缆及其插头，由制造商提供；充 电器侧指充电器及直流输出连接插座，由充电器厂商提供YD/T 1591标准侧的要求主要分为三个部分，分别是侧连接接I」电气性能要求（标 准4. 2. 3. 1）、侧充电连接接口及线缆要求（标准4. 2. 3. 3. 4.2. 3. 4）和侧供电装置 识别（标准4. 2. 3. 5） 0本文将重点结含侧的要求来分析USB充电和过压保护设计策略， 以及相应的解决方案移动通信手持机充电器连接指座 _（参照USB A系列）移动通信手持机侧图1： YD/T 1591-2006标准所涵盖侧和充电器侧两大部分充电要求及不同充电电路解决方案比较通常所称的充电器实际上是交流/直流（AC-DC）电源适配•器，真正的充电电路乃是在手 机内部。
根据YD/T 1591标准要求，充电接口直流输入电压也就是充电器的输出电压为 5 V5%,即范围为4. 75^5.25 V；标准充电器的充电电流为300 mA至1, 800 mA,非标准 充电器（如笔记木电脑的USB端口等）的最大充电电流为500 mA无论充电器的输出功率如 何，手持机侧充电控制电路应能根据自身需求实施安全充电，不应出现过热、燃烧、爆炸以 及其它电路损坏的现象在 内部的充电电路方面，业界有肴不同的解决方案，主要包括分立式充电IC、集成式 充电TC、电源管理集成电路(PMTC,或称电源管理单元，简称PMU)+外部充电功率元件等三 种这三种方案各有其特点其中，对于分立式充电IC方案而言，优点在于便于增加或修 改功能，从而更有利于实现产品差异化，此外，这种方案有利于实现困难的电路板布局， 达到苛刻的电磁兼容要求，也具有更好的散热特性其缺点在于使用的元件较多，成木高, 会增加电路板占用面积，而这会给电路板空间弥足珍贵的等便携设备设计带来更大挑 战这种方案正在逐步淘汰之中对于集成式充电方案而言，它集成了大量的功能，所需的外困器件非常少，易于实现小尺 寸的外形因数，利于降低电路板布局的复杂性。
包括安森美半导体在内的众多厂商都支持这 种方案不过，由于工艺和功耗方面的原因，集成式充电解决方案对充电电流的大小会有 严格限制此外，集成式方案布局比较麻烦，缺乏灵活性，难以满足产品功能差异化要求, 所集成的众多功能对有些客户来说可能意味着过多的限制因此，这种方案主要适合于对 灵活性要求不高的高产量应用图2： “PMU+充电功率元件”型充电解决方案的结构不意图相比较前两种方案而言，“PMU/PMTC+充电功率元件”这种方案处于主流地位这种方案综 合了集成度与灵活性的优势，适用于必须支持不同市场的产品基于这种理念的设计不会占 用太多电路板空间，但元件的位置E以更灵活，且易于实现产品的差异化在这种方案中, 外部充电功率元件可以是场效应管(FET)、双FET、双极型晶体管(BJT)和FETKY(MOSFET和 肖特基二极管共同封装在一起)等这种解决方案的结构示意图如图2所示如上所述，在第二种解决方案中，可以选用不同的外部充电功率元件那么，究竟什么样 的充电功率元件更合适呢？我们可以通过最坏情况来予以分析 假定充电器(电源适配器)提供的最低电压是4. 75 V,而电池电压为4.3 V,充电器也流为500 mA,而感测电阻为200 m。
PCB电阻为100 这样对充电电路而言，就在电源输入和电池之间留出了 0.45 V的电压裕量I FETKY:, NTLJF3117Pnit •双 FET：:NTLJD3115P；NTHD4102P(b)图3： FETKY和双FET方案的结构示意图结合图2和图3(a)所示，充电由PML•控制，MOSFET充当充电电流的传输元件这里计算一 下通过这个充电电路中的两个传输元件(MOSFET和肖特基二极管)的压降Vdropout =充电电流 XRds(on)+Vf = 0. 5 AX Rds (on) +Vf在最坏情况下，充电器电流为500 mA时，压降(Vdropout)概算为300 mV也就是当充电器 电流为500 mA时，典型的肖特基二极管的正向电Fk(Vf)已经是400 mV,这就导致无法提供 足够的电压裕量而且随肴充电电流的增加，肖特基二极管所促成的0.4 V极高压降更会使 其成为一个阻塞点因此，在今后的解决方案中应该避免使用FETKY解决方案而在另一方面，通过用具有低V CE (Sat)的晶体管或者具有低Rds (on)的MOSFET代替肖特基 二极管，可以降低传输元件上的压降，从而符合所需要的有限电压裕量要求。
例如，双FET 用作充电功率元件(如图3(b)所示)就是一个更加合适的选择在这方面，安森美半导体的 NTLJD3115P和NTHD4102P就是非常适合 的选择其中，NTLJD3115P是一款-20 V、-4.1 A、 P Cool?双P沟道功率MOSFET,它采用2X2 mm的WDFN封装，具有极低的导通阻抗，其0. 8 nrni的高度也使其非常适合纤薄的应用环境；它针对便携设备中的电池和负载管理应用进行 了优化，适合于锂离了电池充电和保护电路应用及高端负载升关应用而NTHD4102P是一 款-20 V、-4. 1 A双P沟道ChipFETTM功率M0SFET，同样具有较小的占位面积和极低的导通 阻抗，适合于纤薄的便携应用环境具体而言，采用双FET的有利因素包括：阻塞反向电流、允许反I仙给蓝牙配件充电，以及 导通阻抗(Rds(on))较低此外，对于MOSFET而言，由于它需要频繁地进行开关操作，所 以其发热成为一项问题，并且由此影响到它的使用寿命而在采用双FET的方案中，MOSFET 器件所具备的热感应等额外功能可以建立热控制环路，支持快速高效的充电方案和热保护而在用双FET作为充电功率元件进行500 mA甚至1,800 mA的大电流充电时，需要注意到许 多设计考虑事项，如器件温度、温度的计算过程容易出错等。
不过，就近的节温度传感器可 以改正部分错误，且准确的温度调节可以实现高效的充电解决方案此外，还需要针对性 地进行设备热模拟和温度感应FET评估等工作总的来看,在选择MOSFET作为电池充电电路的充电功率元件时,我们应注意其电流额定值、 击穿电压、栅极阈值及热性能等我们可根据不同的PMTC/PMIJ和设计目标，采用不同的配 置有效的过压保护解决方案 根据YD/T 1591-2006标准，侧充电控制电路应具备过压保护装置，也就是在充电接曰导入直流6 V以上电压时，如果不能保证安全充电，应启动保护，在非预期也压的情况卜，不应出现过热、燃烧、爆炸以及其它电路损坏的现象，而且恢复后，应能正常工作如图4所示，过压保护(OVP)电路在检测到过压故障状况时，检测电路就会将开关打开，使 电了负载与电源断开，从而使得包括微处理器、射频、存储器和电源管理器件等核心芯片 遭受过压损伤图4：过压保护电路启用的原理示意图在为充电电路提供过压保护方面，即有分立的解决方案，也有集成的解决方案在分立 式解决方案方面，其中之一就是考虑到远高于6 V的电压情形，如静电放电(ESD),其瞬间 的应力电压可能高达几千伏甚至十几千伏，这种情形下，可以施加瞬态电压抑制器(TVS)二 极管，以此处理瞬变极快的过压故障。
在这方面，安森美半导体的TVS二极管就非常适用 例如，在击穿电压为6.2 V时，安森美半导体的ESD5Z5. 0T1.G能在几纳秒时间内就对符合 IEC61000-4-2标准的高达30 kV的输入电压进行钳位，且钳位电压可高达11.6 V,从而为 系统中的关键元件提供可靠的ESD保护另-•种分立型解决方案就是将OVP驱:动器与外部P-M0S配合使用安森关半导体的NCP346 就是这样一个适用的驱动电路，它能够承受高达30 V的瞬态电压这器件设计用于感测过 压状况，并快速地从负载断开输入的电压，从而防止造成损伤NCP346包含精确的电压参 考、磁滞比较器、控制逻辑以及MOSFET门驱动器搭配0VP驱动器与外部P-MOS时，其优 点在于精度高、支持Enable引脚，且下游系统可与AC-DC完全分离但它也有其缺陷，如 电流消耗高及解决方案尺寸较大等除了这些分立的解决方案，安森美半导体还推出了全集成的0VP解决方案这也包括两种解 决方案，其中-•种是针对插墙式AC-DC适配器充电为提供高达2 A的电流和高达28 V 的故障瞬态电压的保护，在这方面，安森美半导体的NCP348就是非常适合的选择NCP348 支持的墙式适配器和USB充电电流和电压可分别高达2 A和28 V。
它支持Enable和Status /FLAG引脚，并支持6. 02和6. 4 V的不同过压锁定(0VL0)值其它的优点包括下游系统可 与AC-DC完全隔离和精度高等此外，它采用极小的2X2.5 mm WDFN封装，非常适合小巧 的便携应用不过，这种方案也有其不足之处，也就是在500 U A电流的休眠模式下，不符 合USB规范这种情况下的解决之道就是采用NCP360和NCP361过压保护电路NCP360是 一款带内置PMOS FET和状态标记的USB正向过压保护控制器，它能够在检测到错误的VBUS 工作条件时从输出引脚断开系统连接这器件能够高达20 V的正向过压保护由于集成了 内部PMOS FET,无需外部元件，从而降低了系统成木，并减少了电路板占用面积此外， 在旁路设置一个1 u F或更大的电容时，这器件还能够提供ESD保护输入(15 kV空气放电) NCP361则是一款正向过压保护和过流保护控制器它不仅能够在检测到输入电压超过过压 阀值时瞬时断开输出连接，而且得益于其过流保护能力，其集成的PMOS将在充电电流超过 电流限制时关闭图5：集成式OVP解决方案NCP348的应用电路不意图另一种方案针对的就是通过USB端I 1 (VUSB引脚)来充电。
这种方案的充电电流为100 mA 或 500 mA,休眠模式下的电流为 500 u A(NCP360 和 NCP361)或 100 uA(NCP348)对于过压而言，为了避伽造成损伤，过压保护器件的关断时间必须尽可能地快值得一指 的是，无论是NCP360还是NCP348,-与同类产品相比,其关断时间都更短以NCP348为例， 它最长需要5 us的关断时间，而在3 V/ n s条件下，一般只需要1. 5 y So而NCP360最 长只需要1.5 us, —般只需要0.8 uso总的来看，在为充电电路提供过压保护方面，集成式0VP是最高效的解决方案，它不仅 使得下游系统可与AC-DC适配器完全隔离，而且PCB占用空间最小，并且提供多种功能， 如精度高、支持Enable和Status/FLAG引脚和提供过流保护等此外，安森美半导体还可 为墙式电源适配器与USB充电解决方案提供不同的专用元件，如NCP348、NCP360和NCP361 等本文小结中国信息产业部强制执行的“YD/T 1591-2006移动通信手持机及接曰技术要求和测试方法” 标准对侧和充电器侧都提出了相应的要求木文重点探讨了侧充电电路的充电解决 方案及过压保护解决方案。
作为全球领先的电源半。