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          手機(jī)充電系統(tǒng)面臨的問(wèn)題及解決措施

          作者: 時(shí)間:2010-11-20 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

           引言

          本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/180228.htm

            目前市場(chǎng)上有多種類(lèi)型的適配器可為鋰離子電池并為提供電源,同時(shí)由于中國(guó)實(shí)施了統(tǒng)一的接口,只要相容的USB接口的連接線都可以為,這樣設(shè)計(jì)人員將無(wú)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?,同時(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(lái)越高,芯片面積越來(lái)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。本文首先討論手機(jī)充電的一些主要,然后針對(duì)這些提出了對(duì)應(yīng)的,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)的主要及應(yīng)對(duì)

            手機(jī)充電系統(tǒng)的主要問(wèn)題有輸入過(guò)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(guò)壓及過(guò)壓保護(hù)

            導(dǎo)致輸入過(guò)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(guò)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(guò)壓最常見(jiàn)的情況。

            目前市場(chǎng)上常見(jiàn)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(lái)越高,芯片面積越來(lái)越小,隨之帶來(lái)的問(wèn)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(guò)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(guò)壓保護(hù)(OVP)芯片,防止適配器輸出的過(guò)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(guò)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。

            出于充電時(shí)的安全考慮,手機(jī)平臺(tái)一般會(huì)限制充電電壓在7V以下,適配器輸出電壓高于7V若直接接到手機(jī)充電模塊是不允許充電的,另外由于國(guó)內(nèi)統(tǒng)一的充電接口標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施,適配器的DC輸出電壓大多集中在5~6V,針對(duì)國(guó)內(nèi)適配器的特點(diǎn),OVP芯片主要是為了避免適配器熱插拔時(shí)的瞬態(tài)過(guò)沖對(duì)手機(jī)平臺(tái)芯片的累計(jì)性損傷。

            

          br>圖3: 適用于國(guó)內(nèi)適配器的單芯片手機(jī)充電系統(tǒng)方案 。(電子系統(tǒng)設(shè)計(jì))

            圖3: 適用于國(guó)內(nèi)適配器的單芯片手機(jī)充電系統(tǒng)方案 。

            而上海艾為的AW3206就是一款能滿足國(guó)內(nèi)手機(jī)充電系統(tǒng)要求的OVP芯片。AW3206的OVP保護(hù)電壓為6.8V,適用于適配器輸出電壓為5~6V的國(guó)內(nèi)手機(jī)充電系統(tǒng)。對(duì)于熱插拔的瞬態(tài)過(guò)壓,AW3206的100ns過(guò)壓保護(hù)反應(yīng)時(shí)間能確保手機(jī)充電系統(tǒng)的安全。AW3206高達(dá)±8KV(HBM)的ESD保護(hù)和±450mA的Latch-up保護(hù)都是增加手機(jī)充電系統(tǒng)的安全性和可靠性的有力基礎(chǔ)。


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