手机充电系统面临的问题及解决措施

手机充电系统面临的问题及解决措施

引言

手机充电系统面临的主要问题及应对措施

输入过压及过压保护

导致输入过压的原因有很多，如使用非稳压的或者不正确的适配器，某些国家的电网不稳导致适配器的输出电压随市电电压变化、适配器热插拔或负载瞬态变化时引起的瞬态过压等。使用非稳压的或者不正确的适配器和适配器热插拔时的瞬态是引起输入过压最常见的情况。

图1: 稳压与非稳压适配器的负载曲线图。

而在适配器热插拔时，也会出现瞬态的过压电压，由于适配器连接线的寄生电感效应，热插拔时会产生瞬态的输出振荡波形，经过一段时间的衰减后会稳定在DC值。图2为5.5V适配器热插拔时的瞬态波形，通常适配器热插拔时产生的瞬态过压峰值电压是其DC值的两倍左右。

图2： 直流输出为5.5V的AC适配器热插拔时的瞬态过压波形。

对于增加的OVP芯片，其可承受的最高耐压只要和早期的几个手机平台芯片的耐压相同就可以了，因为早期的手机平台芯片已经大批量出货，在市场的长期应用验证了其耐压的安全性和可靠性，所以对于增加的OVP芯片，其可承受的最高耐压只要在15V以上就已经足够了。

出于充电时的安全考虑，手机平台一般会限制充电电压在7V以下，适配器输出电压高于7V若直接接到手机充电模块是不允许充电的，另外由于国内统一的充电接口标准的实施，适配器的DC输出电压大多集中在5～6V，针对国内适配器的特点，OVP芯片主要是为了避免适配器热插拔时的瞬态过冲对手机平台芯片的累计性损伤。

图3： 适用于国内适配器的单芯片手机充电系统方案 。

而上海艾为的AW3206就是一款能满足国内手机充电系统要求的OVP芯片。AW3206的OVP保护电压为6.8V，适用于适配器输出电压为5～6V的国内手机充电系统。对于热插拔的瞬态过压，AW3206的100ns过压保护反应时间能确保手机充电系统的安全。AW3206高达±8KV(HBM)的ESD保护和±450mA的Latch-up保护都是增加手机充电系统的安全性和可靠性的有力基础。

为了增加手机充电系统的安全性和可靠性，AW3206具有以下特点：

1、6.8V的输入保护电压，适用于适配器输出电压为5～6V的国内手机充电系统;

4、锂离子电池过压保护和过温保护。

兼容诺基亚适配器的手机充电系统面临的问题及应对措施

图4： 诺基亚适配器AC-3C的输出特性曲线。

图5： 针对诺基亚适配器的手机充电系统方案。

图6： 适用于诺基亚适配器的单芯片手机充电系统方案。

而上海艾为推出的降压OVP——AW3208是专门针对诺基亚适配器推出的一款OVP芯片。AW3208的OVP电压高达10.5V，对于输出电压在8～9V的诺基亚适配器，AW3208工作在降压的LDO模式，输出给手机平台充电模块的电压为5.25V(CHRIN电压)，保证手机平台的充电模块可以正常充电，而对于输出电压在5～6V的适配器，AW3208的输出模式为直通模式，尽可能的减小导通压降，即使使用输出电压比较低的适配器，也确保能把电池充满。

对于输出电压比较高的适配器，工作在LDO模式的AW3208充电时内部功耗会比较大，除了具备过温保护功能和过流限流功能外，AW3208还集成了创新的K-Charge技术，充电时会持续监测芯片的结温，芯片结温升高到一定值后若继续升高，则芯片会减小输出电流以限定芯片内部功耗，尽量避免芯片结温继续升高至进入反复的过热保护状态，从而解决不能充电或充电时间过长的问题。

另外基于安全性和可靠性的考虑，AW3208具备AW3206具备的其他所有功能和特点。

针对不同应用的手机充电系统兼容性设计考虑

针对不同的应用，手机充电系统的要求是不同的，有时可能还是彼此矛盾的。比如为了适应诺基亚适配器，需要OVP芯片的OVP电压要高于9V。但在中国国内，若适配器的输出电压过高的话，国内的手机认证实验室的认证要求手机充电系统不能充电而处于保护状态。设计人员在面对这两种矛盾的要求时，往往只能设计两套不同的方案，如果有一种方案能同时兼容这两种矛盾的要求，对设计人员来说这个方案无疑是最佳的一个方案。

AW3206和AW3208的输入引脚ACIN到地需要一个不小于1uF的输入电容。这个输入电容除了去耦外，还可以有效减小适配器在热插拔时由于连接线的寄生电感效应产生的瞬态过冲电压。另外这个电容建议选取耐压不低于15V的X7R或X5R陶瓷电容。

2、 PCB布局和布线的一些考虑和建议

PCB布局时需要考虑输入引脚ACIN和输出引脚CHRIN到地的输入电容和输出电容应尽可能靠近ACIN和CHRIN引脚，电容的焊盘和引脚之间应直接用一层走线，避免通过通孔用两层走线。

PCB布线需要考虑从ACIN引脚至充电接口的走线、OUT引脚到采样电流电阻的走线以及采样电阻到电池的走线在满足充电电流密度的基础上尽量宽，尽可能的减小走线的寄生电阻。

为了获得更好的散热性能，AW3206/AW3208的散热片应和GND引脚一起直接连接到PCB的大面积铺地层上，同时在散热片下面的铺地层再打上尽可能多的通孔，用通孔将所有铺地层连接在一起，通过通孔和大面积的铺地层减小热阻，提高散热性能。

总结

本文讨论了手机充电系统中面临的一些问题，并对这些问题提出了相应的应对措施，以帮助设计人员设计出能满足更稳定、更可靠要求的手机充电系统，使其产品能在众多的产品中独树一帜，而不是“泯然众人”

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