Qualcomm平臺充電總結(jié)

1、 Qualcomm平臺充電總結(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)動器包含在了PM IC中；這個驅(qū)動的輸出可以內(nèi)部晶體管應用，也可以通過CHG-CTL-N腳供外部應用。如果需要的話，一般操作時PM IC使用通路晶體管的閉環(huán)控制來校準VDD電壓，快速充電（恒流充電）時的檢測電流（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。控制通路晶體管同樣允許用來過熱保護：PM IC通過電壓和電流的測量來監(jiān)控通路晶體管中消耗的功率。如果計算出的功率超過設計限制，CHG-CTL-N控制信號就會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腳上的電壓測量以及基于敏感電阻兩端（ISNS-P和ISNS-M腳）電壓的電流測量來計算的。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0.10

3、0ohm的敏感電阻。2.2設計者需要考慮以下幾點來幫助減少通路晶體管的功率消耗：1） 使用一個只比鋰電池最高電壓高一點的外部供應電壓來使越過通路晶體管的電壓最小化。2） 設計充電器電壓，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，因為這個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，才會讓充電三極管工作在放大區(qū)，這個在5中會有討論。2.3.平臺限流的影響。 1）如果平臺限流大于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電壓會被拉低，充電三極管處于飽和態(tài)，Vce很小，管耗很小）；2）如果平臺限流小于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電壓不會被拉低，三極管無法進入飽和態(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，外部供應電壓和最大檢測電流度量都可以通過一個模擬多路器供MSM使用。這就使得MSM設備可以監(jiān)控

5、充電參數(shù)，做決策和控制充電過程。對一個嚴重消耗的電池充電，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設備使能恒流充電來對電池進行快速充電這種模式有時也叫做快速充電。當鋰電池達到它的目標電壓，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：涓流充電器是一個片上可編程的電流源，它從VDD供應電流到VBAT。涓流充電由MSM使能并使用直到主電池電壓達到開始恒流充電的初值，鋰電池一般到3.0V。這個

6、值隨電池的型號等有所不同，所以在檢測電路中沒有一個預先確定的值。這就需要通過軟件來測量和設定（通過MSM HKADC來測量電池電壓）。軟件設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平臺中一般設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（充電器）沒有實施電流限制，閉環(huán)通路晶體管控制校準總電流（手機電流加上充電電流）來匹配設計好的值（IMAXSEL）。MSM監(jiān)控整個恒流充電的過程。

7、當電池電壓升高并到達它的期望值，充電電流開始減小，這是恒流充電的結(jié)束。軟件設置目標值（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）并達到更快速的充電。 接近恒流充電結(jié)束時的V，I曲線一般設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間，可以適當擴大電壓范圍，如3.4V4.2V);大部分機型充電電流限制為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進入恒壓充電模式。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。但是在這個情況下，要閉環(huán)控制校準VBAT電壓來匹配設計的值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選擇的。VMAXSEL必須設計到期望的最大電池電壓。 恒壓充電時的VBAT校準恒壓充電的結(jié)束有兩種典型的檢測方法：1） 用MSM HKADC來監(jiān)控充電電流和當充電電流下降到一個預先確定的極限值（如完全充電電流的10%）時來結(jié)束充電。2） 使恒壓充電操作每隔一個預先確定的時間就進行一次

9、。 兩種情況下，都不要使充電持續(xù)時間太久，否則易損壞電池。（與電池產(chǎn)商商量取得一個推薦值）如果選項1）被實行了，充電電流會在恒流充電時被測量，然后在恒壓充電期間被有規(guī)律的監(jiān)控，直到識別到結(jié)束條件。MSM HKADC在每個的充電電流測量時都有兩種讀?。?） 電池MOSFET關(guān)閉（手機電流加充電電流）2） 電池MOSFET打開（只有手機電流）無論使用怎樣的充電檢測技術(shù)，軟件都必須提供適當?shù)膭幼鱽斫Y(jié)束充電操作。（2）脈沖充電實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。在這個情況下

10、，手機要汲取最小的電流，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，只是會重復的開關(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)閉的時候開始，開始充電后，PM IC會對比電池電壓VBAT和設計好的極限電壓VBATDET。閉環(huán)控制通路晶體管將VDD校準到VMAXSEL。VMAXSEL值會設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、當鋰電池充滿時它的ESR變大）。當電池充電到達VBATDET極限，就使得內(nèi)部PM計數(shù)器T-ON開始計數(shù)。電池晶體管在T-ON溢出前保持關(guān)閉（持續(xù)對電池充電）。當電池晶體管打開，充電停止，這時使能另一個內(nèi)部計數(shù)器（T-OFF）。沒有持續(xù)充電時電池電壓會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核對電池的開路電壓，停止充電前電池被充滿。電池電壓允許在T-OFF間隔時下降。當T-OFF時間結(jié)束時，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計數(shù)器重新啟動。在T-OFF結(jié)束時，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計數(shù)器（T-DONE）。T-OFF計數(shù)器再循環(huán)，在每個循環(huán)結(jié)束時只要VBAT>VBATDET就繼續(xù)計數(shù)。再每個T-OFF循環(huán)結(jié)束時重新核對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計數(shù)器開始計數(shù)，整個脈沖充電順序重新開始。如果VBAT>VBAT

13、DET 核對T-DONE計數(shù)器。只要VBAT>VBATDET，T-DONE繼續(xù)計算T-OFF循環(huán)直到它溢出。這意味著電池已經(jīng)充滿和一個中斷已經(jīng)發(fā)送給了MSM設備。使用一個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)。如果核對時T-DONE還沒有溢出，算法的最后循環(huán)將繼續(xù)直到它確實溢出。當脈沖充電結(jié)束后，電池證實（保持充滿一段時間）被完全充滿。選項2的算法和選項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，這個是設計的首選項。脈沖充電電流的定時間隔是可編程的：1） T-ON是打開的時間充電電流源連接到電池。有效的設置是62.5，125，250和500MS。2

14、） T-OFF是關(guān)閉的時間充電電流沒有連接到電池。有效的設置是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通過中斷來報告充電完成。有效設置是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)閉晶體管導致一個立即的下降，伴隨著一個指數(shù)的衰減。在脈沖充電的早期，電池電壓在T-OFF時間結(jié)束前下降到VBATDET之下?？赡苌锨€脈沖后，電池電壓會在VBATDET之上保持若干個T-OFF間隔，但是仍然會在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。片上計數(shù)器被設計來定義脈沖時間。計數(shù)器是基于32.768KHZ的晶振計數(shù)的。4充電過程測試方法具體管耗測試方法：用萬用表電流檔測試充電線（剪開接上）電流及通路三極管Vce，然后P=I*Uce。同時可以用萬用表實時監(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)不同運營商的要求可適當改變充電方案通常，我們要綜合參考運營商要求以及所選用的充電通路三極管參數(shù)來設置平臺限流和平臺功耗限制。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不會被拉低。這樣做是為了避免