高通平台充电方案

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PMIC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：PMIC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“无限制”。这些可编程限制采取一个0.100ohm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。2.3.平台限流的影响。1）如果平台限流大于wallcharger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wallcharger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PMIC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2．涓流以下是低电量电池充电过程电流/电压、管耗/电压曲线。恒流恒压恒流脉冲3.2.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供应电流到VBAT。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MSMHKADC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。目前使用的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：PMIC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。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（等效电阻）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：3.4V----4.1V(如果考虑到缩短充电时间，可以适当扩大电压范围，如3.4V—4.2V);大部分机型充电电流限制为wallcharger700MA、PCUSB500MA。3.2.3.恒压充电和脉冲充电：（1）恒压充电PMIC和它的软件决定是否和何时进入恒压充电模式。PMIC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%）。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。恒压充电时的VBAT校准恒压充电的结束有两种典型的检测方法：1）用MSM