有關(guān)手機充電系統設計挑戰及解決方案

引言

目前市場(chǎng)上有多種類(lèi)型的適配器可為鋰離子電池充電并為手機系統提供電源，同時(shí)由于中國實(shí)施了統一的手機充電接口，只要兼容的USB接口的連接線(xiàn)都可以為手機充電，這樣設計人員將無(wú)從得知消費者究竟使用何種適配器為手機充電，而這些適配器的電氣規格會(huì )因為制造商的不同而各異，同時(shí)由于半導體工藝的不斷進(jìn)步，手機平臺的主頻和集成度越來(lái)越高，芯片面積越來(lái)越小，但平臺芯片的耐壓也隨之降低，這些都為設計人員提出了嚴峻的挑戰，要求設計人員必須設計出一個(gè)針對不同手機平臺在使用不同適配器的情況下均能滿(mǎn)足安全性和可靠性要求的手機充電系統。本文首先討論手機充電系統面臨的一些主要問(wèn)題，然后針對這些問(wèn)題提出了對應的措施，以幫助設計人員應對這些挑戰。

手機充電系統面臨的主要問(wèn)題及應對措施

手機充電系統面臨的主要問(wèn)題有輸入過(guò)壓、如何兼容諾基亞適配器、不同要求的手機充電系統兼容設計以及手機充電系統外圍器件的布局及PCB布線(xiàn)考慮等。

輸入過(guò)壓及過(guò)壓保護

導致輸入過(guò)壓的原因有很多，如使用非穩壓的或者不正確的適配器，某些國家的電網(wǎng)不穩導致適配器的輸出電壓隨市電電壓變化、適配器熱插拔或負載瞬態(tài)變化時(shí)引起的瞬態(tài)過(guò)壓等。使用非穩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)的適配器根據特性可劃分為兩種：穩壓適配器和非穩壓適配器。穩壓適配器的輸出電壓通過(guò)內部電路提供非常優(yōu)秀的線(xiàn)性調整率(Line Regulation)和負載調整率(Load Regulation)，而非穩壓適配器所提供的輸出電壓取決于負載。圖1為典型的非穩壓適配器和穩壓適配器的輸出電壓與負載的關(guān)系曲線(xiàn)圖。



圖1：穩壓與非穩壓適配器的負載曲線(xiàn)圖。

而在適配器熱插拔時(shí)，也會(huì )出現瞬態(tài)的過(guò)壓電壓，由于適配器連接線(xiàn)的寄生電感效應，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