手機(jī)充電管理設(shè)計(jì)關(guān)鍵及主流方案分析

　　雖然目前市面上的手機(jī)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(shí)易于以較低電壓控制其開關(guān)，而手機(jī)主板上電壓多為3V左右，因此能輕松實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制。另外，MOS管是電壓型控制器件，相對(duì)三極管而言，功耗也小很多。

　　常見的手機(jī)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(tái)采用此種方式。PMOS控制充電的開關(guān)和充電電流的大小，肖特基二極管防止電池通過(guò)PMOS的內(nèi)部寄生二極管倒灌電流，且正向?qū)〞r(shí)其正向壓降相對(duì)普通二極管要小。

　　推薦產(chǎn)品：BF9024SPD-M（8Pin）、BF9024SPD-MS（6Pin）：主要參數(shù)請(qǐng)參考表一。

　　表一.BF9024SPD系列主要參數(shù)

　　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(jī)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(shí)易于以較低電壓控制其開關(guān)，而手機(jī)主板上電壓多為3V左右，因此能輕松實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制。另外，MOS管是電壓型控制器件，相對(duì)三極管而言，功耗也小很多。

　　常見的手機(jī)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(tái)采用此種方式。PMOS控制充電的開關(guān)和充電電流的大小，肖特基二極管防止電池通過(guò)PMOS的內(nèi)部寄生二極管倒灌電流，且正向?qū)〞r(shí)其正向壓降相對(duì)普通二極管要小。

　　推薦產(chǎn)品：BF9024SPD-M（8Pin）、BF9024SPD-MS（6Pin）：主要參數(shù)請(qǐng)參考表一。

　　表一.BF9024SPD系列主要參數(shù)

　　圖一。 PMOS+二極管

　　圖二。 分離PMOS和二極管

　　BF9024SPD-M（8Pin）、BF9024SPD-MS（6Pin）是針對(duì)此應(yīng)用的功率器件，如圖一。為減少長(zhǎng)時(shí)間充電時(shí)MOS發(fā)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(shí)散熱效率，有助于提高產(chǎn)品可靠性，而且能使電池充電更充分。因?yàn)镸OS內(nèi)阻是正溫度系數(shù)，即溫度越高時(shí)，其內(nèi)阻越大，在50℃時(shí)，溫度每上升10℃，其內(nèi)阻會(huì)上升約5%，有此散熱片可加速器件散熱，使其內(nèi)阻上升控制在3%以下，在充電時(shí)可使電池充電電壓比同類產(chǎn)品高出約50mV。

　　我們記錄了BF9024SPD-M在MTK6223平臺(tái)上應(yīng)用時(shí)，電池電壓從2.8V充至穩(wěn)定的4.185V時(shí)的2000多個(gè)數(shù)據(jù)，從約60mA的預(yù)充電電流到恒流充電的550mA電流，再到充滿時(shí)約50mA的脈沖電流的整個(gè)過(guò)程中，監(jiān)控的電池電壓最終穩(wěn)定在4.185~4.195之間，請(qǐng)參考圖三；當(dāng)用USB端口充電時(shí)，滿充時(shí)電池電壓穩(wěn)定在4.188V，請(qǐng)參考圖四。整個(gè)充電過(guò)程中，電池滿充電壓一致性非常好，且整個(gè)充電曲線一致性也非常好。

　　圖三。 BF9024SPD-M應(yīng)用于MTK6223平臺(tái)充電曲線—適配器充電

　　圖四。 BF9024SPD-M應(yīng)用于MTK6223平臺(tái)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(fù)極（K極）相連，在設(shè)計(jì)時(shí)不能作為GND或與其它信號(hào)線相連。請(qǐng)?jiān)赑CB Layout時(shí)，注意其底部不要有接地PAD或其它信號(hào)走線，對(duì)應(yīng)Layout，請(qǐng)參考下圖五、六。

　　此兩產(chǎn)品已被展訊平臺(tái)認(rèn)證，您可參考展訊的原始參考設(shè)計(jì)BOM。

　　圖五。 BF9024SPD-M Layout參考

　　圖六。 BF9024SPD-MS Layout參考

　　在低成本應(yīng)用中，可使用分離的MOS管和肖特基二極管來(lái)代替集成器件，如圖二。BF92301P的小封裝能滿足您此類設(shè)計(jì)需求，其主要參數(shù)請(qǐng)參考表二。

　　2、 PMOS+ PMOS：TI和部分MTK平臺(tái)、雙電池平臺(tái)中采用這種方式。此種應(yīng)用是PMOS+肖特基二極管應(yīng)用的改良。在PMOS+肖特基二極管應(yīng)用的充電回路中，肖特基二極管因持續(xù)導(dǎo)通會(huì)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(dǎo)通內(nèi)阻非常小，壓降可大幅降低，從而保證USB端口或外接5V基準(zhǔn)電壓在經(jīng)充電回路損耗后仍能有足夠高于單節(jié)鋰電充電所需電壓。

　　推薦產(chǎn)品：BF9024DPD-MS，主要參數(shù)，請(qǐng)參考表二。

　　隨著手機(jī)主板越來(lái)越小，手機(jī)功能越來(lái)越多，人們希望手機(jī)或數(shù)碼產(chǎn)品一次充電后能使用更長(zhǎng)的時(shí)間。在此需求下，衍生出了雙電池的應(yīng)用。雙PMOS在雙電池的應(yīng)用中能很好的利用其極低的導(dǎo)通壓降和電流單流向易控性來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　3、 PNP管+PMOS：Qualcomm平臺(tái)幾乎都是采用這種方式。PNP管用于控制充電的開關(guān)和充電電流的大小，PMOS則作為開關(guān)元件實(shí)現(xiàn)充電回路的連通和切斷。

　　推薦產(chǎn)品：BF92301P，主要參數(shù)，請(qǐng)參考表二。

　　表二。 BF92301P和BF9024DPD-MS主要參數(shù)

　　在各平臺(tái)供應(yīng)商產(chǎn)品不斷更新下，手機(jī)充電管理應(yīng)用中，PMOS+肖特基二極管的外部電路始終是最簡(jiǎn)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(shè)計(jì)。至于聯(lián)發(fā)科目前極力推廣的新平臺(tái)MTK6253，除其本身含有的電源管理部分外，在其外部電路中將過(guò)壓保護(hù)（OVP）、恒流等功能集中在一起，形成二次保護(hù)。當(dāng)然，這種做法，在聯(lián)發(fā)科早期的設(shè)計(jì)中也出現(xiàn)過(guò)，即采用PMIC（Power Management IC）來(lái)專門處理電源部分。但隨著應(yīng)用技術(shù)的成熟，手機(jī)適配器的輸出接口統(tǒng)一，其輸出電壓（5V±5%）能做到和標(biāo)準(zhǔn)USB接口完全一致，一些有研發(fā)實(shí)力的設(shè)計(jì)公司已經(jīng)將PMOS+肖特基二極管應(yīng)用到MTK6253平臺(tái)上，只不過(guò)在外部電源輸入部分再加一穩(wěn)壓二極管，從而極大的節(jié)約電源管理部分成本。

　　本文小結(jié)

　　常見充電電路中，PMOS是應(yīng)用中關(guān)鍵器件，其品質(zhì)、性能直接影響充電發(fā)熱量及充電時(shí)間長(zhǎng)短。比亞迪微電子的MOS產(chǎn)品，經(jīng)歷多年市場(chǎng)的錘煉，無(wú)論產(chǎn)品品質(zhì)、價(jià)格、交期及產(chǎn)品技術(shù)支持，都得到良好提升。