Qualcomm平臺(tái)充電總結(jié)

1、 Qualcomm平臺(tái)充電總結(jié)1鋰離子電池充放電特性1.1. 鋰離子電池充電電壓的上限必須受控制，一般不超過4.2V。(視具體情況，一般控制在4.10V 4.35V不等）1.2.單體電池充電電流通常限制在1C以下。1.3.單體電池放電電流通?？刂圃?C以下。1.4.單體電池放電電壓通常不能低于2.2V。 電池電量與電壓對(duì)照曲線2充電通路晶體管的控制和功率限制外部通路晶體管的控制驅(qū)動(dòng)器包含在了PM IC中；這個(gè)驅(qū)動(dòng)的輸出可以內(nèi)部晶體管應(yīng)用，也可以通過CHG-CTL-N腳供外部應(yīng)用。如果需要的話，一般操作時(shí)PM IC使用通路晶體管的閉環(huán)控制來校準(zhǔn)VDD電壓，快速充電（恒流充電）時(shí)的檢測(cè)電流（IDE

2、T），或者充電最后狀態(tài)的電池電壓。通路晶體管的阻抗也被增加以用來過流保護(hù)?？刂仆肪w管同樣允許用來過熱保護(hù)：PM IC通過電壓和電流的測(cè)量來監(jiān)控通路晶體管中消耗的功率。如果計(jì)算出的功率超過設(shè)計(jì)限制，CHG-CTL-N控制信號(hào)就會(huì)減小通路晶體管的通路電流。2.1.通路晶體管的功率消耗限制是可編程的：1） 晶體管的消耗功率是使用VCHG（或USB-VBUS）和ISNS-P腳上的電壓測(cè)量以及基于敏感電阻兩端（ISNS-P和ISNS-M腳）電壓的電流測(cè)量來計(jì)算的。2） 可編程的管耗限制（單位為瓦特）為0.4，0.5，0.6，0.75，1.0，1.5，2.0和“無限制”。這些可編程限制采取一個(gè)0.10

3、0ohm的敏感電阻。2.2設(shè)計(jì)者需要考慮以下幾點(diǎn)來幫助減少通路晶體管的功率消耗：1） 使用一個(gè)只比鋰電池最高電壓高一點(diǎn)的外部供應(yīng)電壓來使越過通路晶體管的電壓最小化。2） 設(shè)計(jì)充電器電壓，使它的輸出電壓在快速充電期間崩潰，從而減少越過通路晶體管的電壓。恒流充電期間要控制充電電流和通路晶體管管耗，因?yàn)檫@個(gè)階段的充電電流較大，而充電三極管超過一定功率就容易發(fā)熱甚至燒毀。所以通常情況下，恒流充電期間，我們都要求充電三極管處于飽和態(tài)，Vce很小以降低管耗，只有在usb充電或有特殊要求的wall充電中，才會(huì)讓充電三極管工作在放大區(qū)，這個(gè)在5中會(huì)有討論。2.3.平臺(tái)限流的影響。 1）如果平臺(tái)限流大于wall

4、 charger額定電流，充電通路三極管狀態(tài)由pm控制在飽和區(qū)（表現(xiàn)為恒流充電期間Vbus電壓會(huì)被拉低，充電三極管處于飽和態(tài)，Vce很小，管耗很?。?；2）如果平臺(tái)限流小于wall charger額定電流，充電通路三極管狀態(tài)由pm控制在放大區(qū)，以提高充電三極管CE極間阻抗，來降低通過的電流（表現(xiàn)為充電Vbus電壓不會(huì)被拉低，三極管無法進(jìn)入飽和態(tài)，Vce很大管耗大，發(fā)熱大）。3充電過程解析PM IC提供了支持鋰電池充電的線路，它利用了MSM使能的四種技術(shù)：涓流充電，恒流充電，恒壓充電，脈沖充電。電池電壓，外部供應(yīng)電壓和最大檢測(cè)電流度量都可以通過一個(gè)模擬多路器供MSM使用。這就使得MSM設(shè)備可以監(jiān)控

5、充電參數(shù)，做決策和控制充電過程。對(duì)一個(gè)嚴(yán)重消耗的電池充電，先是涓流充電，這種模式可以限制電流并防止VDD被拉低。一旦最小電池電壓被確定來使用涓流充電了，MSM設(shè)備使能恒流充電來對(duì)電池進(jìn)行快速充電這種模式有時(shí)也叫做快速充電。當(dāng)鋰電池達(dá)到它的目標(biāo)電壓，充電就要通過恒壓充電或脈沖充電來完成。3.1.低電量電池充電流程： 1涓流恒流 恒壓2涓流恒流 脈沖以下是低電量電池充電過程電流/電壓、管耗/電壓曲線。3.2.充電各階段詳解3.2.1.涓流充電：涓流充電器是一個(gè)片上可編程的電流源，它從VDD供應(yīng)電流到VBAT。涓流充電由MSM使能并使用直到主電池電壓達(dá)到開始恒流充電的初值，鋰電池一般到3.0V。這個(gè)

6、值隨電池的型號(hào)等有所不同，所以在檢測(cè)電路中沒有一個(gè)預(yù)先確定的值。這就需要通過軟件來測(cè)量和設(shè)定（通過MSM HKADC來測(cè)量電池電壓）。軟件設(shè)置的有效涓流充電電流為：0，20，30，40，50，60，70和80MA，其中0MA是用來有效的禁止涓流充電的。目前使用的qualcomm平臺(tái)中一般設(shè)置涓流充電的電池電壓范圍為3.4V以下;充電電流為80MA。3.2.2.恒流充電：PM IC通過打開電池MOSFET和閉環(huán)控制通路晶體管來支持恒流充電。如果外部供應(yīng)（充電器）沒有實(shí)施電流限制，閉環(huán)通路晶體管控制校準(zhǔn)總電流（手機(jī)電流加上充電電流）來匹配設(shè)計(jì)好的值（IMAXSEL）。MSM監(jiān)控整個(gè)恒流充電的過程。

7、當(dāng)電池電壓升高并到達(dá)它的期望值，充電電流開始減小，這是恒流充電的結(jié)束。軟件設(shè)置目標(biāo)值（VMAXSEL）要比期望的最終電壓（VBATDET）來得高，以此來克服電池內(nèi)部的ESR（等效電阻）并達(dá)到更快速的充電。 接近恒流充電結(jié)束時(shí)的V，I曲線一般設(shè)置恒流充電的電池電壓范圍為：3.4V-4.1V(如果考慮到縮短充電時(shí)間，可以適當(dāng)擴(kuò)大電壓范圍，如3.4V4.2V);大部分機(jī)型充電電流限制為wall charger700MA、PC USB500MA。3.2.3.恒壓充電和脈沖充電：（1）恒壓充電 PM IC和它的軟件決定是否和何時(shí)進(jìn)入恒壓充電模式。PM IC支持恒壓充電的方式和它支持恒流充電的模式很象：打

8、開電池MOSFET和閉環(huán)控制通路晶體管。但是在這個(gè)情況下，要閉環(huán)控制校準(zhǔn)VBAT電壓來匹配設(shè)計(jì)的值VMAXSEL。確保最終電池電壓的精確度（鋰電池1%）。 恒壓充電的V，I曲線為了改善充電的電池的最終的精確度，要校準(zhǔn)VBAT而不是VDD，從而消除越過電池晶體管的壓降。VBAT是反饋輸入，它是通過片上模擬多路器來自動(dòng)選擇的。VMAXSEL必須設(shè)計(jì)到期望的最大電池電壓。 恒壓充電時(shí)的VBAT校準(zhǔn)恒壓充電的結(jié)束有兩種典型的檢測(cè)方法：1） 用MSM HKADC來監(jiān)控充電電流和當(dāng)充電電流下降到一個(gè)預(yù)先確定的極限值（如完全充電電流的10%）時(shí)來結(jié)束充電。2） 使恒壓充電操作每隔一個(gè)預(yù)先確定的時(shí)間就進(jìn)行一次

9、。 兩種情況下，都不要使充電持續(xù)時(shí)間太久，否則易損壞電池。（與電池產(chǎn)商商量取得一個(gè)推薦值）如果選項(xiàng)1）被實(shí)行了，充電電流會(huì)在恒流充電時(shí)被測(cè)量，然后在恒壓充電期間被有規(guī)律的監(jiān)控，直到識(shí)別到結(jié)束條件。MSM HKADC在每個(gè)的充電電流測(cè)量時(shí)都有兩種讀?。?） 電池MOSFET關(guān)閉（手機(jī)電流加充電電流）2） 電池MOSFET打開（只有手機(jī)電流）無論使用怎樣的充電檢測(cè)技術(shù)，軟件都必須提供適當(dāng)?shù)膭?dòng)作來結(jié)束充電操作。（2）脈沖充電實(shí)施脈沖充電有兩種選擇：1） 開關(guān)電池MOSFET直到電池的開路電壓超過設(shè)置的VMAXSEL。2） 開關(guān)通路晶體管；它能在電池MOSFET被省略的情況下完成脈沖充電。在這個(gè)情況下

10、，手機(jī)要汲取最小的電流，因此電池的開路電壓可以在通路晶體管關(guān)閉期間被精確的測(cè)量。與恒壓充電相比，脈沖充電能提供更好的電池電壓精確度，能更快達(dá)到充滿，以及能夠消耗更少的晶體管功率。脈沖充電由MSM控制使能，使用與恒流充電或恒壓充電相同的硬件，只是會(huì)重復(fù)的開關(guān)通路晶體管或電池晶體管來充電。首先，考慮第一種脈沖充電開關(guān)電池mos管。充電在電池mos管關(guān)閉的時(shí)候開始，開始充電后，PM IC會(huì)對(duì)比電池電壓VBAT和設(shè)計(jì)好的極限電壓VBATDET。閉環(huán)控制通路晶體管將VDD校準(zhǔn)到VMAXSEL。VMAXSEL值會(huì)設(shè)得比比期望得到的最終充電電壓（VBATDET）高，以產(chǎn)生更高的充電電流和克服它內(nèi)部的ESR（

11、當(dāng)鋰電池充滿時(shí)它的ESR變大）。當(dāng)電池充電到達(dá)VBATDET極限，就使得內(nèi)部PM計(jì)數(shù)器T-ON開始計(jì)數(shù)。電池晶體管在T-ON溢出前保持關(guān)閉（持續(xù)對(duì)電池充電）。當(dāng)電池晶體管打開，充電停止，這時(shí)使能另一個(gè)內(nèi)部計(jì)數(shù)器（T-OFF）。沒有持續(xù)充電時(shí)電池電壓會(huì)下降如果它下降得太快，說明還需要繼續(xù)充電。如果它的電壓能夠保持，則說明充滿，充電過程結(jié)束，這是脈沖操作的目的之一重復(fù)核對(duì)電池的開路電壓，停止充電前電池被充滿。電池電壓允許在T-OFF間隔時(shí)下降。當(dāng)T-OFF時(shí)間結(jié)束時(shí)，再次比較電池電壓和VBATDET，并且：如果VBAT<VBATDET 重新開始電池充電直到VBAT>VBATDET，然后

12、T-ON計(jì)數(shù)器重新啟動(dòng)。在T-OFF結(jié)束時(shí)，若VBAT<VBATDET，則T-ON和T-OFF循環(huán)將一直繼續(xù)。如果VBAT>VBATDET 電池晶體管保持打開并增加第三個(gè)計(jì)數(shù)器（T-DONE）。T-OFF計(jì)數(shù)器再循環(huán)，在每個(gè)循環(huán)結(jié)束時(shí)只要VBAT>VBATDET就繼續(xù)計(jì)數(shù)。再每個(gè)T-OFF循環(huán)結(jié)束時(shí)重新核對(duì)VBAT，保持晶體管打開：如果VBAT<VBATDET 電池電壓降到了極限值之下，所以開始重新充電。T-DONE計(jì)數(shù)器被清空，電池晶體管關(guān)閉，重新充電直到VBAT>VBATDET，接著T-ON計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，整個(gè)脈沖充電順序重新開始。如果VBAT>VBAT

13、DET 核對(duì)T-DONE計(jì)數(shù)器。只要VBAT>VBATDET，T-DONE繼續(xù)計(jì)算T-OFF循環(huán)直到它溢出。這意味著電池已經(jīng)充滿和一個(gè)中斷已經(jīng)發(fā)送給了MSM設(shè)備。使用一個(gè)SW代理來迫使電池晶體管保持打開以保證充電過程被終結(jié)。如果核對(duì)時(shí)T-DONE還沒有溢出，算法的最后循環(huán)將繼續(xù)直到它確實(shí)溢出。當(dāng)脈沖充電結(jié)束后，電池證實(shí)（保持充滿一段時(shí)間）被完全充滿。選項(xiàng)2的算法和選項(xiàng)1是一樣的，只是開關(guān)的是通路晶體管。在使用的外部充電器不穩(wěn)定的情況下，這個(gè)是設(shè)計(jì)的首選項(xiàng)。脈沖充電電流的定時(shí)間隔是可編程的：1） T-ON是打開的時(shí)間充電電流源連接到電池。有效的設(shè)置是62.5，125，250和500MS。2

14、） T-OFF是關(guān)閉的時(shí)間充電電流沒有連接到電池。有效的設(shè)置是62.5，125，250和500MS。3） T-DONE是PM IC要結(jié)束脈沖充電前連續(xù)的T-OFF間隔數(shù)。PMIC通過中斷來報(bào)告充電完成。有效設(shè)置是16，32，64和128。每次通路晶體管（或電池晶體管）打開，電池電壓上跳并以指數(shù)形式持續(xù)上升。關(guān)閉晶體管導(dǎo)致一個(gè)立即的下降，伴隨著一個(gè)指數(shù)的衰減。在脈沖充電的早期，電池電壓在T-OFF時(shí)間結(jié)束前下降到VBATDET之下?？赡苌锨€(gè)脈沖后，電池電壓會(huì)在VBATDET之上保持若干個(gè)T-OFF間隔，但是仍然會(huì)在T-DONE溢出前下降到極限值之下。脈沖充電的V，I曲線 脈沖充電使用與其它技術(shù)

15、相同的硬件，但是要求合適的軟件控制。片上計(jì)數(shù)器被設(shè)計(jì)來定義脈沖時(shí)間。計(jì)數(shù)器是基于32.768KHZ的晶振計(jì)數(shù)的。4充電過程測(cè)試方法具體管耗測(cè)試方法：用萬用表電流檔測(cè)試充電線（剪開接上）電流及通路三極管Vce，然后P=I*Uce。同時(shí)可以用萬用表實(shí)時(shí)監(jiān)控電池電壓，這樣就能利用得到的數(shù)據(jù)獲得充電過程的電流/電壓、管耗/電壓曲線。5根據(jù)不同運(yùn)營商的要求可適當(dāng)改變充電方案通常，我們要綜合參考運(yùn)營商要求以及所選用的充電通路三極管參數(shù)來設(shè)置平臺(tái)限流和平臺(tái)功耗限制。如wma8509就限制為WALL CHARGER:IMAX=700MA,PMAX=600MW;PC USB: IMAX=500MA,PMAX=600MW。采用這種充電限流方案就是根據(jù)運(yùn)營商的要求和充電三極管參數(shù)（額定功耗600MW）所決定的。它的wall charging管耗曲線與usb充電相似，它是把充電電流限制在小于等于wall charger額定電流以下，這使得充電三極管不工作在飽和區(qū)，而工作在放大區(qū)，Ve不會(huì)被拉低。這樣做是為了避免