高通平台充电方案

《高通平台充电方案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高通平台充电方案（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、Qualcomm 平台充电总结1锂离子电池充放电特性1.1. 锂离子电池充电电压的上限必须受控制，一般不超过4.2V。（视具体情况, 一般控制在4.10V- 4.35V不等）1.2. 单体电池充电电流通常限制在 1C 以下。1.3. 单体电池放电电流通常控制在 3C 以下。1.4.单体电池放电电压通常不能低于 2.2V。电池电量与电压对照曲线2充电通路晶体管的控制和功率限制外部通路晶体管的控制驱动器包含在了PM IC中；这个驱动的输出可以内部 晶体管应用，也可以通过CHG-CTL-N脚供外部应用。如果需要的话，一般操作 时PMIC使用通路晶体管的闭环控制来校准VDD电压，快速充电（恒流充电）时

2、 的检测电流（IDET），或者充电最后状态的电池电压。通路晶体管的阻抗也被 增加以用来过流保护。控制通路晶体管同样允许用来过热保护：PM IC通过电压和电流的测量来监 控通路晶体管中消耗的功率。如果计算出的功率超过设计限制，CHG-CTL-N控 制信号就会减小通路晶体管的通路电流。2.1. 通路晶体管的功率消耗限制是可编程的：1）晶体管的消耗功率是使用VCHG （或USB-VBUS）和ISNS-P脚上的电 压测量以及基于敏感电阻两端（ISNS-P和ISNS-M脚）电压的电流测 量来计算的。2）可编程的管耗限制（单位为瓦特）为0.4， 0.5， 0.6， 0.75， 1.0， 1.5，2.0和“

3、无限制”。这些可编程限制采取一个O.lOOohm的敏感电阻。2.2设计者需要考虑以下几点来帮助减少通路晶体管的功率消耗：1）使用一个只比锂电池最高电压高一点的外部供应电压来使越过通路 晶体管的电压最小化。2）设计充电器电压，使它的输出电压在快速充电期间崩溃，从而减少 越过通路晶体管的电压。恒流充电期间要控制充电电流和通路晶体管管耗，因为这个阶段的充电电流 较大，而充电三极管超过一定功率就容易发热甚至烧毁。所以通常情况下，恒流 充电期间，我们都要求充电三极管处于饱和态， Vce 很小以降低管耗，只有在 usb充电或有特殊要求的wall充电中，才会让充电三极管工作在放大区，这个在 5 中会有讨论。

4、2.3. 平台限流的影响。1）如果平台限流大于wall charger额定电流，充电通路三极管状态由pm控 制在饱和区（表现为恒流充电期间Vbus电压会被拉低，充电三极管处于饱和态， Vce 很小，管耗很小）；2）如果平台限流小于wall charger额定电流，充电通路三极管状态由pm控 制在放大区，以提高充电三极管CE极间阻抗，来降低通过的电流（表现为充电 Vbus 电压不会被拉低，三极管无法进入饱和态， Vce 很大管耗大，发热大）。3充电过程解析PM IC提供了支持锂电池充电的线路，它利用了MSM使能的四种技术：涓流 充电，恒流充电，恒压充电，脉冲充电。电池电压，外部供应电压和最大检测

5、电 流度量都可以通过一个模拟多路器供MSM使用。这就使得MSM设备可以监控充 电参数，做决策和控制充电过程。对一个严重消耗的电池充电，先是涓流充电，这种模式可以限制电流并防止 VDD被拉低。一旦最小电池电压被确定来使用涓流充电了，MSM设备使能恒流 充电来对电池进行快速充电这种模式有时也叫做快速充电。当锂电池达到它的 目标电压，充电就要通过恒压充电或脉冲充电来完成。3.1. 低电量电池充电流程：1. 涓流恒流恒压2. 涓流 恒流 脉冲以下是低电量电池充电过程电流/电压、管耗/电压曲线。OOOOOOOOOOOOOOOO007654321wall charger电流/电池电压管耗/电池电压3.06

6、 3.16 3.26 3.36 3.46 3.56 3.66 3.76 3.86 3.96 4.06 4.163.2.充电各阶段详解3.2.1.涓流充电：涓流充电器是一个片上可编程的电流源，它从VDD供应电流至UVBAT。涓流 充电由MSM使能并使用直到主电池电压达到开始恒流充电的初值，锂电池一般 到3.0V。这个值随电池的型号等有所不同，所以在检测电路中没有一个预先确定 的值。这就需要通过软件来测量和设定（通过MSM HKADC来测量电池电压）。软件设置的有效涓流充电电流为：0, 20, 30, 40, 50, 60, 70和80MA, 其中0MA是用来有效的禁止涓流充电的。Undsr-vo

7、ll lockoutTrickle charger目前 AMOI 使用的 qualcomm 平台中一般设置涓流充电的电池电压范围为 3.4V 以下;充电电流为 80MA。3.2.2.恒流充电：PM IC通过打开电池MOSFET和闭环控制通路晶体管来支持恒流充电。如果 外部供应（充电器）没有实施电流限制,闭环通路晶体管控制校准总电流（手机 电流加上充电电流）来匹配设计好的值（IMAXSEL）。MSM监控整个恒流充电 的过程。odiIandScalingfran wail da沪747 k 左卫pFCllyCHG6-eHp IMPR2 yUXJN2AMUX OUTWH_PWR hAfodb右t A

8、Upplw1 vnttagB jVDD)LS：kFCharging CurntntKlBAT_FETJMEl VHAI-.J2 AT.IUX iruta-PM666 Input Power ManageirientraJL usb_ovf_gHiJLuseVBUSCalCHCX.CTL_ND.21ISNS_PFL SMSctmTMLVBVBATTJETISMEJMW.AMUXEjaernal Supply DtBctlon& U呂曰 6日“V FrotecltonH1KAMUUSB-OTG Host PcweVMAXSELIMAKSEL_FCCharger ConilrolBalt&ry do

9、rctcrsBatl&ry controlTrlcklBMainUndervolt locteoutMUX当电池电压升高并到达它的期望值，充电电流开始减小，这是恒流充电的结 束。软件设置目标值（VMAXSEL）要比期望的最终电压（VBATDET）来得高, 以此来克服电池内部的ESR并达到更快速的充电。接近恒流充电结束时的V, I曲线一般设置恒流充电的电池电压范围为：3.4V4.1V（如果考虑到缩短充电时间， 可以适当扩大电压范围，女口3.4V4.2V）;大部分机型充电电流限制为wallcharger700MA 、PC USB500MA。3.2.3.恒压充电和脉冲充电：（1）恒压充电PM IC和

10、它的软件决定是否和何时进入恒压充电模式。PM IC支持恒压充电 的方式和它支持恒流充电的模式很象：打开电池MOSFET和闭环控制通路晶体 管。但是在这个情况下，要闭环控制校准VBAT电压来匹配设计的值VMAXSEL。 确保最终电池电压的精确度（锂电池1%）。timeICHGLIMITccnstsintvotage op&istionVBATVMAXSEL ;VBATDET恒压充电的V，I曲线为了改善充电的电池的最终的精确度，要校准VBAT而不是VDD，从而消除 越过电池晶体管的压降。VBAT是反馈输入，它是通过片上模拟多路器来自动选 择的。VMAXSEL必须设计到期望的最大电池电压。U2MUX

11、，丄22叶frm WflJI .VPH_PWR hafucbel 2旺(VDD)F2 丄 u SB_OVP_GIdAMIUKhi1usb_vbusVRB3 JiVl&AMUXiMAxea. _fcIISNSJPtcAfilUXBAT FET NtoMUXPM6658G2|CTLNT rclde chargerBattery controlBaller y dotocitorsCharger GorMroiR_SN 丘個Under-volt lockoutErternall Supply Detection & USB Ov&r-V ProtectiomiUSBOTG Host PowerVBA

12、TTHLE |DlllSNS_M1 Some VDDlXXX pins taAfJiuxCl|VCHGMennMe中恒压充电时的V BAT校准恒压充电的结束有两种典型的检测方法：1）用MSM HKADC来监控充电电流和当充电电流下降到一个预先确定 的极限值（如完全充电电流的10%）时来结束充电。2）使恒压充电操作每隔一个预先确定的时间就进行一次。两种情况下，都不要使充电持续时间太久，否则易损坏电池。（与电池产商 商量取得一个推荐值）如果选项1）被实行了，充电电流会在恒流充电时被测量，然后在恒压充电 期间被有规律的监控，直到识别到结束条件。MSM HKADC在每个的充电电流 测量时都有两种读取：

13、1）电池MOSFET关闭（手机电流加充电电流）2）电池MOSFET打开（只有手机电流）无论使用怎样的充电检测技术，软件都必须提供适当的动作来结束充电操 作。（2）脉冲充电实施脉冲充电有两种选择：1 ）开关电池MOSFET直到电池的开路电压超过设置的V MAXSEL。2）开关通路晶体管；它能在电池MOSFET被省略的情况下完成脉冲充电。 在这个情况下，手机要汲取最小的电流，因此电池的开路电压可以在通 路晶体管关闭期间被精确的测量。与恒压充电相比，脉冲充电能提供更好的电池电压精确度，能更快达到充满， 以及能够消耗更少的晶体管功率。脉冲充电由MSM控制使能，使用与恒流充电 或恒压充电相同的硬件，只是

14、会重复的开关通路晶体管或电池晶体管来充电。首先，考虑第一种脉冲充电一开关电池mos管。充电在电池mos管关闭的时 候开始，开始充电后，PM IC会对比电池电压VBAT和设计好的极限电压 VBATDET。闭环控制通路晶体管将VDD校准至【VMAXSEL。VMAXSEL值会设 得比比期望得到的最终充电电压（VBATDET）高，以产生更高的充电电流和克 服它内部的ESR （当锂电池充满时它的ESR变大）。当电池充电到达V BATDET极限，就使得内部PM计数器T-O N开始计数。电 池晶体管在T-O N溢出前保持关闭（持续对电池充电）。当电池晶体管打开，充 电停止，这时使能另一个内部计数器（T-OFF）。没有持续充电时电池电压会下 降一如果它下降得太快，说明还需要继续充电。如果它的电压能够保持，则说明 充满，充电过程结束，这是脉冲操作的目的之一一重复核对电池的开路电压，停 止充电前电池被充满。电池电压允许在T-OFF间隔时下降。当T-OFF时间结束时，再次比较电池电 压和V BATDET，并且：如果V BATvVBATDET 重新开始电池充电直至U VBAT