鉅大LARGE | 點擊量：1346次 | 2019年11月12日
手機充電管理設計關鍵及主流方案分析
雖然目前市面上的手機品牌眾多，但其充電回路大致相同，都采用基于pMOS的充電電路。使用pMOS時易于以較低電壓控制其開關，而手機主板上電壓多為3V左右，因此能輕松實現開關控制。另外，MOS管是電壓型控制器件，相對三極管而言，功耗也小很多。
常見的手機充電電路可分為如下三種：
1、pMOS+肖特基二極管：MTK和展訊平臺采用此種方式。pMOS控制充電的開關和充電電流的大小，肖特基二極管防止電池通過pMOS的內部寄生二極管倒灌電流，且正向導通時其正向壓降相對普通二極管要小。
推薦產品：BF9024SpD-M（8pin）、BF9024SpD-MS（6pin）：主要參數請參考表一。
表一.BF9024SpD系列主要參數
圖一。pMOS+二極管
圖二。分離pMOS和二極管
雖然目前市面上的手機品牌眾多，但其充電回路大致相同，都采用基于pMOS的充電電路。使用pMOS時易于以較低電壓控制其開關，而手機主板上電壓多為3V左右，因此能輕松實現開關控制。另外，MOS管是電壓型控制器件，相對三極管而言，功耗也小很多。
常見的手機充電電路可分為如下三種：
1、pMOS+肖特基二極管：MTK和展訊平臺采用此種方式。pMOS控制充電的開關和充電電流的大小，肖特基二極管防止電池通過pMOS的內部寄生二極管倒灌電流，且正向導通時其正向壓降相對普通二極管要小。
推薦產品：BF9024SpD-M（8pin）、BF9024SpD-MS（6pin）：主要參數請參考表一。
表一.BF9024SpD系列主要參數
圖一。pMOS+二極管
圖二。分離pMOS和二極管
BF9024SpD-M（8pin）、BF9024SpD-MS（6pin）是針對此應用的功率器件，如圖一。為減少長時間充電時MOS發熱，比亞迪微電子在封裝上將其底部散熱片外露，以便更好散熱。不要小瞧此散熱片，它不僅能提高充電時散熱效率，有助于提高產品可靠性，而且能使電池充電更充分。因為MOS內阻是正溫度系數，即溫度越高時，其內阻越大，在50℃時，溫度每上升10℃，其內阻會上升約5%，有此散熱片可加速器件散熱，使其內阻上升控制在3%以下，在充電時可使電池充電電壓比同類產品高出約50mV。
我們記錄了BF9024SpD-M在MTK6223平臺上應用時，電池電壓從2.8V充至穩定的4.185V時的2000多個數據，從約60mA的預充電電流到恒流充電的550mA電流，再到充滿時約50mA的脈沖電流的整個過程中，監控的電池電壓最終穩定在4.185~4.195之間，請參考圖三；當用USB端口充電時，滿充時電池電壓穩定在4.188V，請參考圖四。整個充電過程中，電池滿充電壓一致性非常好，且整個充電曲線一致性也非常好。
圖三。BF9024SpD-M應用于MTK6223平臺充電曲線—適配器充電
圖四。BF9024SpD-M應用于MTK6223平臺充電曲線—USB端口充電
由于BF9024SpD-M與BF9024SpD-MS底部散熱片與pMOS的漏極（D極）、肖特基二極管的負極（K極）相連，在設計時不能作為GND或與其它信號線相連。請在pCBLayout時，注意其底部不要有接地pAD或其它信號走線，對應Layout，請參考下圖五、六。
此兩產品已被展訊平臺認證，您可參考展訊的原始參考設計BOM。
圖五。BF9024SpD-MLayout參考
圖六。BF9024SpD-MSLayout參考
在低成本應用中，可使用分離的MOS管和肖特基二極管來代替集成器件，如圖二。BF92301p的小封裝能滿足您此類設計需求，其主要參數請參考表二。
2、pMOS+pMOS：TI和部分MTK平臺、雙電池平臺中采用這種方式。此種應用是pMOS+肖特基二極管應用的改良。在pMOS+肖特基二極管應用的充電回路中，肖特基二極管因持續導通會占用0.4V以上的壓降，而將肖特基二極管換為pMOS管后，因MOS的導通內阻非常小，壓降可大幅降低，從而保證USB端口或外接5V基準電壓在經充電回路損耗后仍能有足夠高于單節鋰電充電所需電壓。
推薦產品：BF9024DpD-MS，主要參數，請參考表二。
隨著手機主板越來越小，手機功能越來越多，人們希望手機或數碼產品一次充電后能使用更長的時間。在此需求下，衍生出了雙電池的應用。雙pMOS在雙電池的應用中能很好的利用其極低的導通壓降和電流單流向易控性來實現。
3、pNp管+pMOS：Qualcomm平臺幾乎都是采用這種方式。pNp管用于控制充電的開關和充電電流的大小，pMOS則作為開關元件實現充電回路的連通和切斷。
推薦產品：BF92301p，主要參數，請參考表二。
表二。BF92301p和BF9024DpD-MS主要參數
在各平臺供應商產品不斷更新下，手機充電管理應用中，pMOS+肖特基二極管的外部電路始終是最簡潔、可靠的選擇之一。從展訊的6600L到6600L6、6600L7、6610K，一直采用此方式作為充電設計。至于聯發科目前極力推廣的新平臺MTK6253，除其本身含有的電源管理部分外，在其外部電路中將過壓保護（OVp）、恒流等功能集中在一起，形成二次保護。當然，這種做法，在聯發科早期的設計中也出現過，即采用pMIC（powerManagementIC）來專門處理電源部分。但隨著應用技術的成熟，手機適配器的輸出接口統一，其輸出電壓（5V±5%）能做到和標準USB接口完全一致，一些有研發實力的設計公司已經將pMOS+肖特基二極管應用到MTK6253平臺上，只不過在外部電源輸入部分再加一穩壓二極管，從而極大的節約電源管理部分成本。
本文小結
常見充電電路中，pMOS是應用中關鍵器件，其品質、性能直接影響充電發熱量及充電時間長短。比亞迪微電子的MOS產品，經歷多年市場的錘煉，無論產品品質、價格、交期及產品技術支持，都得到良好提升。
