Qualcomm平台充电总结

1、 Qualcomm平台充电总结1锂离子电池充放电特性1.1. 锂离子电池充电电压的上限必须受控制，一般不超过4.2V。(视具体情况，一般控制在4.10V 4.35V不等）1.2.单体电池充电电流通常限制在1C以下。1.3.单体电池放电电流通常控制在3C以下。1.4.单体电池放电电压通常不能低于2.2V。 电池电量与电压对照曲线2充电通路晶体管的控制和功率限制外部通路晶体管的控制驱动器包含在了PM IC中；这个驱动的输出可以内部晶体管应用，也可以通过CHG-CTL-N脚供外部应用。如果需要的话，一般操作时PM IC使用通路晶体管的闭环控制来校准VDD电压，快速充电（恒流充电）时的检测电流（IDE

2、T），或者充电最后状态的电池电压。通路晶体管的阻抗也被增加以用来过流保护。控制通路晶体管同样允许用来过热保护：PM IC通过电压和电流的测量来监控通路晶体管中消耗的功率。如果计算出的功率超过设计限制，CHG-CTL-N控制信号就会减小通路晶体管的通路电流。2.1.通路晶体管的功率消耗限制是可编程的：1） 晶体管的消耗功率是使用VCHG（或USB-VBUS）和ISNS-P脚上的电压测量以及基于敏感电阻两端（ISNS-P和ISNS-M脚）电压的电流测量来计算的。2） 可编程的管耗限制（单位为瓦特）为0.4，0.5，0.6，0.75，1.0，1.5，2.0和“无限制”。这些可编程限制采取一个0.10

3、0ohm的敏感电阻。2.2设计者需要考虑以下几点来帮助减少通路晶体管的功率消耗：1） 使用一个只比锂电池最高电压高一点的外部供应电压来使越过通路晶体管的电压最小化。2） 设计充电器电压，使它的输出电压在快速充电期间崩溃，从而减少越过通路晶体管的电压。恒流充电期间要控制充电电流和通路晶体管管耗，因为这个阶段的充电电流较大，而充电三极管超过一定功率就容易发热甚至烧毁。所以通常情况下，恒流充电期间，我们都要求充电三极管处于饱和态，Vce很小以降低管耗，只有在usb充电或有特殊要求的wall充电中，才会让充电三极管工作在放大区，这个在5中会有讨论。2.3.平台限流的影响。 1）如果平台限流大于wall

4、 charger额定电流，充电通路三极管状态由pm控制在饱和区（表现为恒流充电期间Vbus电压会被拉低，充电三极管处于饱和态，Vce很小，管耗很小）；2）如果平台限流小于wall charger额定电流，充电通路三极管状态由pm控制在放大区，以提高充电三极管CE极间阻抗，来降低通过的电流（表现为充电Vbus电压不会被拉低，三极管无法进入饱和态，Vce很大管耗大，发热大）。3充电过程解析PM IC提供了支持锂电池充电的线路，它利用了MSM使能的四种技术：涓流充电，恒流充电，恒压充电，脉冲充电。电池电压，外部供应电压和最大检测电流度量都可以通过一个模拟多路器供MSM使用。这就使得MSM设备可以监控

5、充电参数，做决策和控制充电过程。对一个严重消耗的电池充电，先是涓流充电，这种模式可以限制电流并防止VDD被拉低。一旦最小电池电压被确定来使用涓流充电了，MSM设备使能恒流充电来对电池进行快速充电这种模式有时也叫做快速充电。当锂电池达到它的目标电压，充电就要通过恒压充电或脉冲充电来完成。3.1.低电量电池充电流程： 1涓流恒流 恒压2涓流恒流 脉冲以下是低电量电池充电过程电流/电压、管耗/电压曲线。3.2.充电各阶段详解3.2.1.涓流充电：涓流充电器是一个片上可编程的电流源，它从VDD供应电流到VBAT。涓流充电由MSM使能并使用直到主电池电压达到开始恒流充电的初值，锂电池一般到3.0V。这个

6、值随电池的型号等有所不同，所以在检测电路中没有一个预先确定的值。这就需要通过软件来测量和设定（通过MSM HKADC来测量电池电压）。软件设置的有效涓流充电电流为：0，20，30，40，50，60，70和80MA，其中0MA是用来有效的禁止涓流充电的。目前使用的qualcomm平台中一般设置涓流充电的电池电压范围为3.4V以下;充电电流为80MA。3.2.2.恒流充电：PM IC通过打开电池MOSFET和闭环控制通路晶体管来支持恒流充电。如果外部供应（充电器）没有实施电流限制，闭环通路晶体管控制校准总电流（手机电流加上充电电流）来匹配设计好的值（IMAXSEL）。MSM监控整个恒流充电的过程。

7、当电池电压升高并到达它的期望值，充电电流开始减小，这是恒流充电的结束。软件设置目标值（VMAXSEL）要比期望的最终电压（VBATDET）来得高，以此来克服电池内部的ESR（等效电阻）并达到更快速的充电。 接近恒流充电结束时的V，I曲线一般设置恒流充电的电池电压范围为：3.4V-4.1V(如果考虑到缩短充电时间，可以适当扩大电压范围，如3.4V4.2V);大部分机型充电电流限制为wall charger700MA、PC USB500MA。3.2.3.恒压充电和脉冲充电：（1）恒压充电 PM IC和它的软件决定是否和何时进入恒压充电模式。PM IC支持恒压充电的方式和它支持恒流充电的模式很象：打

8、开电池MOSFET和闭环控制通路晶体管。但是在这个情况下，要闭环控制校准VBAT电压来匹配设计的值VMAXSEL。确保最终电池电压的精确度（锂电池1%）。 恒压充电的V，I曲线为了改善充电的电池的最终的精确度，要校准VBAT而不是VDD，从而消除越过电池晶体管的压降。VBAT是反馈输入，它是通过片上模拟多路器来自动选择的。VMAXSEL必须设计到期望的最大电池电压。 恒压充电时的VBAT校准恒压充电的结束有两种典型的检测方法：1） 用MSM HKADC来监控充电电流和当充电电流下降到一个预先确定的极限值（如完全充电电流的10%）时来结束充电。2） 使恒压充电操作每隔一个预先确定的时间就进行一次

9、。 两种情况下，都不要使充电持续时间太久，否则易损坏电池。（与电池产商商量取得一个推荐值）如果选项1）被实行了，充电电流会在恒流充电时被测量，然后在恒压充电期间被有规律的监控，直到识别到结束条件。MSM HKADC在每个的充电电流测量时都有两种读取：1） 电池MOSFET关闭（手机电流加充电电流）2） 电池MOSFET打开（只有手机电流）无论使用怎样的充电检测技术，软件都必须提供适当的动作来结束充电操作。（2）脉冲充电实施脉冲充电有两种选择：1） 开关电池MOSFET直到电池的开路电压超过设置的VMAXSEL。2） 开关通路晶体管；它能在电池MOSFET被省略的情况下完成脉冲充电。在这个情况下

10、，手机要汲取最小的电流，因此电池的开路电压可以在通路晶体管关闭期间被精确的测量。与恒压充电相比，脉冲充电能提供更好的电池电压精确度，能更快达到充满，以及能够消耗更少的晶体管功率。脉冲充电由MSM控制使能，使用与恒流充电或恒压充电相同的硬件，只是会重复的开关通路晶体管或电池晶体管来充电。首先，考虑第一种脉冲充电开关电池mos管。充电在电池mos管关闭的时候开始，开始充电后，PM IC会对比电池电压VBAT和设计好的极限电压VBATDET。闭环控制通路晶体管将VDD校准到VMAXSEL。VMAXSEL值会设得比比期望得到的最终充电电压（VBATDET）高，以产生更高的充电电流和克服它内部的ESR（

11、当锂电池充满时它的ESR变大）。当电池充电到达VBATDET极限，就使得内部PM计数器T-ON开始计数。电池晶体管在T-ON溢出前保持关闭（持续对电池充电）。当电池晶体管打开，充电停止，这时使能另一个内部计数器（T-OFF）。没有持续充电时电池电压会下降如果它下降得太快，说明还需要继续充电。如果它的电压能够保持，则说明充满，充电过程结束，这是脉冲操作的目的之一重复核对电池的开路电压，停止充电前电池被充满。电池电压允许在T-OFF间隔时下降。当T-OFF时间结束时，再次比较电池电压和VBATDET，并且：如果VBAT<VBATDET 重新开始电池充电直到VBAT>VBATDET，然后

12、T-ON计数器重新启动。在T-OFF结束时，若VBAT<VBATDET，则T-ON和T-OFF循环将一直继续。如果VBAT>VBATDET 电池晶体管保持打开并增加第三个计数器（T-DONE）。T-OFF计数器再循环，在每个循环结束时只要VBAT>VBATDET就继续计数。再每个T-OFF循环结束时重新核对VBAT，保持晶体管打开：如果VBAT<VBATDET 电池电压降到了极限值之下，所以开始重新充电。T-DONE计数器被清空，电池晶体管关闭，重新充电直到VBAT>VBATDET，接着T-ON计数器开始计数，整个脉冲充电顺序重新开始。如果VBAT>VBAT

13、DET 核对T-DONE计数器。只要VBAT>VBATDET，T-DONE继续计算T-OFF循环直到它溢出。这意味着电池已经充满和一个中断已经发送给了MSM设备。使用一个SW代理来迫使电池晶体管保持打开以保证充电过程被终结。如果核对时T-DONE还没有溢出，算法的最后循环将继续直到它确实溢出。当脉冲充电结束后，电池证实（保持充满一段时间）被完全充满。选项2的算法和选项1是一样的，只是开关的是通路晶体管。在使用的外部充电器不稳定的情况下，这个是设计的首选项。脉冲充电电流的定时间隔是可编程的：1） T-ON是打开的时间充电电流源连接到电池。有效的设置是62.5，125，250和500MS。2

14、） T-OFF是关闭的时间充电电流没有连接到电池。有效的设置是62.5，125，250和500MS。3） T-DONE是PM IC要结束脉冲充电前连续的T-OFF间隔数。PMIC通过中断来报告充电完成。有效设置是16，32，64和128。每次通路晶体管（或电池晶体管）打开，电池电压上跳并以指数形式持续上升。关闭晶体管导致一个立即的下降，伴随着一个指数的衰减。在脉冲充电的早期，电池电压在T-OFF时间结束前下降到VBATDET之下。可能上千个脉冲后，电池电压会在VBATDET之上保持若干个T-OFF间隔，但是仍然会在T-DONE溢出前下降到极限值之下。脉冲充电的V，I曲线 脉冲充电使用与其它技术

15、相同的硬件，但是要求合适的软件控制。片上计数器被设计来定义脉冲时间。计数器是基于32.768KHZ的晶振计数的。4充电过程测试方法具体管耗测试方法：用万用表电流档测试充电线（剪开接上）电流及通路三极管Vce，然后P=I*Uce。同时可以用万用表实时监控电池电压，这样就能利用得到的数据获得充电过程的电流/电压、管耗/电压曲线。5根据不同运营商的要求可适当改变充电方案通常，我们要综合参考运营商要求以及所选用的充电通路三极管参数来设置平台限流和平台功耗限制。如wma8509就限制为WALL CHARGER:IMAX=700MA,PMAX=600MW;PC USB: IMAX=500MA,PMAX=600MW。采用这种充电限流方案就是根据运营商的要求和充电三极管参数（额定功耗600MW）所决定的。它的wall charging管耗曲线与usb充电相似，它是把充电电流限制在小于等于wall charger额定电流以下，这使得充电三极管不工作在饱和区，而工作在放大区，Ve不会被拉低。这样做是为了避免