用充電IC實(shí)現手機快速充電

　　假如今天是9V/1.5A，即已經(jīng)升壓了，9×1.5=13.5W，輸出端如果效率可以達100%，那么輸入端電流能夠提升。由此可見(jiàn)，在輸入電壓提升時(shí)能夠實(shí)現快速充電。TI MaxCharge是業(yè)界第一款能夠同時(shí)實(shí)現支持5A充電電流和14V輸入電壓的芯片。

　　需要說(shuō)明的是，輸入是從外部的適配器過(guò)來(lái)的，一般是5V。有些適配器可以有高壓輸出，但通常默認是5V輸出，但通過(guò)握手協(xié)議之后，就會(huì )變成高壓。當主板(包括AP和Charger IC)使能以后，允許輸出高壓它就可以輸出高壓了，所以這個(gè)高壓是適配器給出來(lái)的。

　　為何平臺電壓會(huì )有3.7V~3.0V變化?可以把電池想象成一瓶水(如圖2最右側)，電流相當于水管的粗細程度，變粗就更快了。水杯的高度是電壓，只不過(guò)水杯是中間粗、兩邊細的不規則形狀，因此開(kāi)始充得很快，但中間區域內呆的時(shí)間很長(cháng)，很大的就是3.7V的平臺電壓。這時(shí)候電流如果變得大，注入時(shí)間就很快。所以此時(shí)快充的突破點(diǎn)是：為了快充，提高了電流。

　　TI的方案是經(jīng)MaxCharge轉換后電流變大。MaxCharge能支持5A充電電流，14V輸入電壓。5A是最大的標稱(chēng)值，通常使用時(shí)會(huì )考慮到各種情況，比如散熱和電池容量，所以3A~5A就可以做到這樣一種平均的輸入電流。

5 快充的效率

　　充電IC普遍效率是88%、89%，TI MaxCharge bq2589x系列可在3.5A提升到91%，這等于有2個(gè)百分點(diǎn)的提升。由于效率的提升，在TI的實(shí)測中，溫度上升得很低，室溫下，測試板上溫度僅僅上升18℃，以前要上升30多℃。

　　溫升直接決定了用戶(hù)體驗。因為現在手機的適配器、主芯片、電池充電的溫升/散熱是很重要的技術(shù)瓶頸。所以很多設計體驗，由于散熱不佳不得不采取折中辦法。

6 放電

　　今天的Charger IC設計，所有的MOS管都集成在里面，采用串聯(lián)電路，這樣充電時(shí)要經(jīng)過(guò)MOS管，但放電的時(shí)候會(huì )受到限制，放電時(shí)要通過(guò)一個(gè)MOS管(Q4)。

　　圖3是charger IC的主流架構圖，左側是適配器的輸入端，通過(guò)電感電流流進(jìn)入，最后進(jìn)入右側大IC里再充電?，F在用手機打電話(huà)時(shí)，放電過(guò)程一定要通過(guò)Q4元件，TI MaxCharge bq2589x的特色是，放電電流可以支持得很大，因為Q4的MOS管的阻抗值只有11mΩ(表1)，堪稱(chēng)業(yè)界最低的阻抗。打電話(huà)進(jìn)來(lái)，主要是功放工作，因為你要搜尋GSM信號時(shí)要把功率調得很大，接收塔才能接收到。因此電路這邊需要很大的瞬態(tài)電流(尖峰電流)。MaxCharge的Q4阻抗很小;如果是其他的設計方案，由于內置Q4 MOS管的阻抗不夠小，它里面還要再加元件，增加了成本。

　　具體來(lái)看，圖3的電線(xiàn)是有阻抗的，其實(shí)IC里也有電阻，這些電阻會(huì )增加損耗。如果不計成本，這些阻抗越小越好(注：MOS管阻抗越小IC成本越高)。TI能在相應成本之下把阻抗降到市場(chǎng)最低，這是MaxCharge最大的亮點(diǎn)。以前5V時(shí)，電池充電到3.7V~4V，5V、4V和3.7V差異很小，一個(gè)5V到右側3.7V實(shí)際差異不大，因此Q3導通的時(shí)間很短，這是切換電路：Q2-Q3，Q3-Q2兩個(gè)交替切換，實(shí)現能量高效率轉移。以前5V時(shí)，Q2的導通時(shí)間是最長(cháng)的，所以Q2的阻抗要越低越好。

　　9V到14V差距很大，這要求Q2的導通時(shí)間要縮短，Q3的導通時(shí)間要加長(cháng)，到了MaxCharge bq2589x，TI第一次把Q3阻抗降得比Q2還要低。Q3阻抗直接降到16mΩ(如表1)。這也是MaxCharge區別于競爭對手的很大差別，即Q3的阻抗直接讓MaxCharge的效率有顯著(zhù)提高。

　　圖4是Q2和Q3的損耗，它的切換頻率是1.5V，屬高頻切換，這樣的波形一直切換下去進(jìn)行充電，它的占空比可以從此圖看出來(lái)。