有關(guān)手機(jī)充電系統(tǒng)設(shè)計挑戰(zhàn)及解決方案

引言

目前市場上有多種類型的適配器可為鋰離子電池充電并為手機(jī)系統(tǒng)提供電源，同時由于中國實(shí)施了統(tǒng)一的手機(jī)充電接口，只要兼容的USB接口的連接線都可以為手機(jī)充電，這樣設(shè)計人員將無從得知消費(fèi)者究竟使用何種適配器為手機(jī)充電，而這些適配器的電氣規(guī)格會因?yàn)橹圃焐痰牟煌鳟?，同時由于半導(dǎo)體工藝的不斷進(jìn)步，手機(jī)平臺的主頻和集成度越來越高，芯片面積越來越小，但平臺芯片的耐壓也隨之降低，這些都為設(shè)計人員提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，要求設(shè)計人員必須設(shè)計出一個針對不同手機(jī)平臺在使用不同適配器的情況下均能滿足安全性和可靠性要求的手機(jī)充電系統(tǒng)。本文首先討論手機(jī)充電系統(tǒng)面臨的一些主要問題，然后針對這些問題提出了對應(yīng)的措施，以幫助設(shè)計人員應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。

手機(jī)充電系統(tǒng)面臨的主要問題及應(yīng)對措施

手機(jī)充電系統(tǒng)面臨的主要問題有輸入過壓、如何兼容諾基亞適配器、不同要求的手機(jī)充電系統(tǒng)兼容設(shè)計以及手機(jī)充電系統(tǒng)外圍器件的布局及PCB布線考慮等。

輸入過壓及過壓保護(hù)

導(dǎo)致輸入過壓的原因有很多，如使用非穩(wěn)壓的或者不正確的適配器，某些國家的電網(wǎng)不穩(wěn)導(dǎo)致適配器的輸出電壓隨市電電壓變化、適配器熱插拔或負(fù)載瞬態(tài)變化時引起的瞬態(tài)過壓等。使用非穩(wěn)壓的或者不正確的適配器和適配器熱插拔時的瞬態(tài)是引起輸入過壓最常見的情況。

目前市場上常見的適配器根據(jù)特性可劃分為兩種：穩(wěn)壓適配器和非穩(wěn)壓適配器。穩(wěn)壓適配器的輸出電壓通過內(nèi)部電路提供非常優(yōu)秀的線性調(diào)整率(Line Regulation)和負(fù)載調(diào)整率(Load Regulation)，而非穩(wěn)壓適配器所提供的輸出電壓取決于負(fù)載。圖1為典型的非穩(wěn)壓適配器和穩(wěn)壓適配器的輸出電壓與負(fù)載的關(guān)系曲線圖。



圖1：穩(wěn)壓與非穩(wěn)壓適配器的負(fù)載曲線圖。

而在適配器熱插拔時，也會出現(xiàn)瞬態(tài)的過壓電壓，由于適配器連接線的寄生電感效應(yīng)，熱插拔時會產(chǎn)生瞬態(tài)的輸出振蕩波形，經(jīng)過一段時間的衰減后會穩(wěn)定在DC值。圖2為5.5V適配器熱插拔時的瞬態(tài)波形，通常適配器熱插拔時產(chǎn)生的瞬態(tài)過壓峰值電壓是其DC值的兩倍左右。



圖2：直流輸出為5.5V的AC適配器熱插拔時的瞬態(tài)過壓波形