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有關(guān)手機充電系統設計挑戰及解決方案
作者：
時(shí)間：2011-05-12
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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但在標準的諾基亞適配器中，有很大一部分適配器的輸出電壓是高于7V的，圖3是諾基亞適配器AC-3C的輸出特性曲線(xiàn)，從圖中可以看出， AC-3C的輸出電壓在空載時(shí)為7.5V，而有的諾基亞充電器的輸出電壓會(huì )高達8～9V。為了適應諾基亞適配器，曾有如圖5所示的用高壓LDO設計的手機充電系統方案：
圖5：針對諾基亞適配器的手機充電系統方案。
但這個(gè)方案會(huì )有一些問(wèn)題，首先高壓LDO由于工藝尺寸較大(為了承受高輸入電壓)，導通電阻RDS(ON)會(huì )比較大，諾基亞適配器的輸出電壓會(huì )隨輸出電流增大而逐漸降低，充電電流越大，輸出電壓越低，過(guò)大的LDO導通電阻會(huì )使電壓進(jìn)一步降低，而LDO后面的充電模塊也有一定的導通壓降，這樣就可能會(huì )有加到電池上的電壓太低而使電池充不滿(mǎn)的情況。另外LDO多采用SOT23-5L的封裝形式，高輸入電壓充電時(shí)在LDO內部的功耗比較大，散熱會(huì )存在問(wèn)題。沒(méi)有OVP保護功能、整個(gè)方案的占板面積大、成本高也都是這個(gè)方案的缺點(diǎn)，所以一個(gè)適用于諾基亞適配器的單芯片手機充電系統方案是設計人員迫切需要的。
圖6：適用于諾基亞適配器的單芯片手機充電系統方案。
而上海艾為推出的降壓OVP——AW3208是專(zhuān)門(mén)針對諾基亞適配器推出的一款OVP芯片。AW3208的OVP電壓高達10.5V，對于輸出電壓在8～9V的諾基亞適配器，AW3208工作在降壓的LDO模式，輸出給手機平臺充電模塊的電壓為5.25V(CHRIN電壓)，保證手機平臺的充電模塊可以正常充電，而對于輸出電壓在5～6V的適配器，AW3208的輸出模式為直通模式，盡可能的減小導通壓降，即使使用輸出電壓比較低的適配器，也確保能把電池充滿(mǎn)。
對于輸出電壓比較高的適配器，工作在LDO模式的AW3208充電時(shí)內部功耗會(huì )比較大，除了具備過(guò)溫保護功能和過(guò)流限流功能外，AW3208還集成了創(chuàng )新的K-Charge技術(shù)，充電時(shí)會(huì )持續監測芯片的結溫，芯片結溫升高到一定值后若繼續升高，則芯片會(huì )減小輸出電流以限定芯片內部功耗，盡量避免芯片結溫繼續升高至進(jìn)入反復的過(guò)熱保護狀態(tài)，從而解決不能充電或充電時(shí)間過(guò)長(cháng)的問(wèn)題。
另外基于安全性和可靠性的考慮，AW3208具備AW3206具備的其他所有功能和特點(diǎn)。
針對不同應用的手機充電系統兼容性設計考慮
針對不同的應用，手機充電系統的要求是不同的，有時(shí)可能還是彼此矛盾的。比如為了適應諾基亞適配器，需要OVP芯片的OVP電壓要高于9V。但在中國國內，若適配器的輸出電壓過(guò)高的話(huà)，國內的手機認證實(shí)驗室的認證要求手機充電系統不能充電而處于保護狀態(tài)。設計人員在面對這兩種矛盾的要求時(shí)，往往只能設計兩套不同的方案，如果有一種方案能同時(shí)兼容這兩種矛盾的要求，對設計人員來(lái)說(shuō)這個(gè)方案無(wú)疑是最佳的一個(gè)方案。
由于A(yíng)W3206和AW3208引腳分布完全相同，同時(shí)從應用的角度來(lái)看，兩顆芯片只是OVP電壓不同，外圍器件和原理圖完全相同(見(jiàn)圖3和圖6)，而且對手機平臺來(lái)說(shuō)，軟件控制也是完全相同，所以AW3206和AW3208剛好通過(guò)一個(gè)兼容設計來(lái)滿(mǎn)足上面的兩個(gè)矛盾的要求。
對于設計人員來(lái)說(shuō)，設計手機充電系統時(shí)，可先按圖3或圖6設計好原理圖和PCB的Layout，設計好后只需更改BOM而不要更改PCB就可以滿(mǎn)足不同的要求了。
手機充電系統OVP芯片外圍器件的選取及PCB布局布線(xiàn)的一些考慮
1、輸入電容和輸出電容的選取
AW3206和AW3208的輸入引腳ACIN到地需要一個(gè)不小于1uF的輸入電容。這個(gè)輸入電容除了去耦外，還可以有效減小適配器在熱插拔時(shí)由于連接線(xiàn)的寄生電感效應產(chǎn)生的瞬態(tài)過(guò)沖電壓。另外這個(gè)電容建議選取耐壓不低于15V的X7R或X5R陶瓷電容。
AW3206和AW3208同樣在輸出引腳CHRIN到地需要一個(gè)輸出去耦合電容。這個(gè)電容對于A(yíng)W3208尤其重要，因為輸出電容對工作在LDO模式的AW3208的輸出穩定性起著(zhù)至關(guān)重要的作用，缺少這個(gè)電容CHRIN引腳的輸出電壓將會(huì )有可能振蕩。這里推薦選取耐壓為6.3V，電容值不小于1uF的X7R或X5R陶瓷電容。
2、PCB布局和布線(xiàn)的一些考慮和建議
PCB布局時(shí)需要考慮輸入引腳ACIN和輸出引腳CHRIN到地的輸入電容和輸出電容應盡可能靠近ACIN和CHRIN引腳，電容的焊盤(pán)和引腳之間應直接用一層走線(xiàn)，避免通過(guò)通孔用兩層走線(xiàn)。
PCB布線(xiàn)需要考慮從ACIN引腳至充電接口的走線(xiàn)、OUT引腳到采樣電流電阻的走線(xiàn)以及采樣電阻到電池的走線(xiàn)在滿(mǎn)足充電電流密度的基礎上盡量寬，盡可能的減小走線(xiàn)的寄生電阻。
為了獲得更好的散熱性能，AW3206/AW3208的散熱片應和GND引腳一起直接連接到PCB的大面積鋪地層上，同時(shí)在散熱片下面的鋪地層再打上盡可能多的通孔，用通孔將所有鋪地層連接在一起，通過(guò)通孔和大面積的鋪地層減小熱阻，提高散熱性能。
本文小結
本文討論了手機充電系統中面臨的一些問(wèn)題，并對這些問(wèn)題提出了相應的應對措施，以幫助設計人員設計出能滿(mǎn)足更穩定、更可靠要求的手機充電系統，使其產(chǎn)品能在眾多的產(chǎn)品中獨樹(shù)一幟，而不是“泯然眾人”。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/166165.htm
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