如何應(yīng)對(duì)手機(jī)充電系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)

引言

目前市場(chǎng)上有多種類型的適配器可為鋰離子電池充電并為手機(jī)系統(tǒng)提供電源，同時(shí)由于中國(guó)實(shí)施了統(tǒng)一的手機(jī)充電接口，只要相容的USB接口的連接線都可以為手機(jī)充電，這樣設(shè)計(jì)人員將無從得知消費(fèi)者究竟使用何種適配器為手機(jī)充電，而這些適配器的電氣規(guī)格會(huì)因?yàn)橹圃焐痰牟煌鳟悾瑫r(shí)由于半導(dǎo)體工藝的不斷進(jìn)步，手機(jī)平臺(tái)的主頻和集成度越來越高，芯片面積越來越小，但平臺(tái)芯片的耐壓也隨之降低，這些都為設(shè)計(jì)人員提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，要求設(shè)計(jì)人員必須設(shè)計(jì)出一個(gè)針對(duì)不同手機(jī)平臺(tái)在使用不同適配器的情況下均能滿足安全性和可靠性要求的手機(jī)充電系統(tǒng)。本文首先討論手機(jī)充電系統(tǒng)面臨的一些主要問題，然后針對(duì)這些問題提出了對(duì)應(yīng)的措施，以幫助設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。

手機(jī)充電系統(tǒng)面臨的主要問題及應(yīng)對(duì)措施

手機(jī)充電系統(tǒng)面臨的主要問題有輸入過壓、如何兼容諾基亞適配器、不同要求的手機(jī)充電系統(tǒng)兼容設(shè)計(jì)以及手機(jī)充電系統(tǒng)外圍器件的布局及PCB布線考慮等。

輸入過壓及過壓保護(hù)

導(dǎo)致輸入過壓的原因有很多，如使用非穩(wěn)壓的或者不正確的適配器，某些國(guó)家的電網(wǎng)不穩(wěn)導(dǎo)致適配器的輸出電壓隨市電電壓變化、適配器熱插拔或負(fù)載瞬態(tài)變化時(shí)引起的瞬態(tài)過壓等。使用非穩(wěn)壓的或者不正確的適配器和適配器熱插拔時(shí)的瞬態(tài)是引起輸入過壓最常見的情況。

目前市場(chǎng)上常見的適配器根據(jù)特性可劃分為兩種：穩(wěn)壓適配器和非穩(wěn)壓適配器。穩(wěn)壓適配器的輸出電壓通過內(nèi)部電路提供非常優(yōu)秀的線性調(diào)整率（Line Regulation）和負(fù)載調(diào)整率（Load Regulation），而非穩(wěn)壓適配器所提供的輸出電壓取決于負(fù)載。圖1為典型的非穩(wěn)壓適配器和穩(wěn)壓適配器的輸出電壓與負(fù)載的關(guān)系曲線圖。

圖1: 穩(wěn)壓與非穩(wěn)壓適配器的負(fù)載曲線圖。

而在適配器熱插拔時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)瞬態(tài)的過壓電壓，由于適配器連接線的寄生電感效應(yīng)，熱插拔時(shí)會(huì)產(chǎn)生瞬態(tài)的輸出振蕩波形，經(jīng)過一段時(shí)間的衰減后會(huì)穩(wěn)定在DC值。圖2為5.5V適配器熱插拔時(shí)的瞬態(tài)波形，通常適配器熱插拔時(shí)產(chǎn)生的瞬態(tài)過壓峰值電壓是其DC值的兩倍左右。

圖2： 直流輸出為5.5V的AC適配器熱插拔時(shí)的瞬態(tài)過壓波形。

隨著半導(dǎo)體工藝的不斷進(jìn)步，手機(jī)平臺(tái)的集成度和主頻越來越高，芯片面積越來越小，隨之帶來的問題是平臺(tái)芯片的耐壓也隨之降低。早期平臺(tái)的耐壓比較高，非穩(wěn)壓適配器的空載輸出電壓或者適配器熱插拔時(shí)的瞬態(tài)過壓手機(jī)平臺(tái)是可以承受的。而采用先進(jìn)工藝制程的手機(jī)平臺(tái)由于集成度高，耐壓低，前面所述的電壓直接加到手機(jī)平臺(tái)芯片上就有可能會(huì)引起芯片的損傷，所以采用先進(jìn)工藝制程的手機(jī)平臺(tái)就要求設(shè)計(jì)人員應(yīng)用時(shí)需要在適配器和手機(jī)平臺(tái)對(duì)應(yīng)的充電模塊之間增加一個(gè)輸入過壓保護(hù)（OVP）芯片，防止適配器輸出的過高電壓對(duì)手機(jī)平臺(tái)芯片產(chǎn)生損傷。例如MTK的早期手機(jī)平臺(tái)MT6305/5318、展訊的SC6600L的充電引腳最高可承受電壓為15V，高通的QSC6240/6270的充電引腳最高可承受電壓為18V，均不要求增加OVP芯片，而MTK的MT6223/6235/6238/6253由于充電引腳最高可承受電壓只有9V，所以就要求增加OVP芯片，以防止適配器的過高輸出電壓對(duì)手機(jī)平臺(tái)芯片產(chǎn)生損傷。

對(duì)于增加的OVP芯片，其可承受的最高耐壓只要和早期的幾個(gè)手機(jī)平臺(tái)芯片的耐壓相同就可以了，因?yàn)樵缙诘氖謾C(jī)平臺(tái)芯片已經(jīng)大批量出貨，在市場(chǎng)的長(zhǎng)期應(yīng)用驗(yàn)證了其耐壓的安全性和可靠性，所以對(duì)于增加的OVP芯片，其可承受的最高耐壓只要在15V以上就已經(jīng)足夠了。