快充方案分析

1.USB2.0充电接口电流要求挂起2.5mA未挂起，未配置100mA未挂起，已配置500mA2.充电识别的几个状态插入：插入USB电缆的物理过程。连接：设备将1.5kΩ上拉电阻连接至D+或D-数据线时(刚插入)。枚举：设备和主机之间交换初始数据，识别设备类型。配置：设置设备参数。3．充电电源-SDP（StandardDownstreamPort）-DCP（DedicatedChargingPort）-CDP（ChargingDownstreamPort）-ACA（AccessoryChargerAdapters）辅助充电适配器(AccessoryChargerAdapter)随着便携式设备变得越来越小，多数的PD只有一个USB接口用于连接外设或者充电,但连接外设和充电不能同时进行。例如，当一部手机通过USB接口连接了外置耳麦的时候，就不能通过USB接口进行充电了。ACA的用途就是让PD可以同时连接USB外设和通过USB端口充电。ACA具有三个端口：OTGPort用于连接便携式设备(OTGDevice);AccessoryPort用于连接USB外设;ChargerPort用于连接USB充电端口，可以是一个USB专用充电器也可以是一个ChargingDownstreamPort(图4)。1.下行端口(SDP)这与USB2.0规范定义的端口相同，也是台式机和笔记本电脑常见的典型端口。挂起时，最大负载电流为2.5mA；连接且非挂起状态下为100mA，可以配置电流为500mA(最大)。设备可利用硬件识别SDP，USB数据线D+和D-分别通过15kΩ接地，但仍然需要枚举，以符合USB规范。尽管现在许多硬件不经枚举即消耗功率，但在USB2.0规范中，从严格意义上并不合法，违反规范要求。当PD插入到USB接口以后，它向D+上加载一个0.6V左右的电压(VDP_SRC)，随后，PD开始检测D-线上的电压，查看是否收到0.6V的电压回应(VDM_SRC)。因为StandardDownstreamPort不会对D+上的0.6V信号作出任何回应，所以如果PD插入的是StandardDownstreamPort,那么D-将保持为低电平(图1)。1.充电下行端口(CDP)BC1.1为PC、笔记本电脑及其它硬件规定了这种较大电流的新型USB口。现在，CDP可提供高达1.5A电流，由于可在枚举之前提供电流，所以有别于USB2.0。插入CDP的装置可通过操纵和监测D+、D-线，从而利用硬件握手识别CDP(参见USB电池充电规范第3.2.3部分)。在将数据线转为USB收发之前进行硬件测试，这样就能够在枚举之前检测到CDP(以及开始充电)。在ChargingDownstreamPort中，采用了与PD类似并且与之互补的检测电路，当它检测到D+上有0.6V时，它将随即向D-加载0.6V电压，以回应PD;而在USBCharger中，由于D+和D-是短接的，所以当D+上被加载0.6V电压时，D-也变成了0.6V。所以，PD插入到ChargingDownstreamPort或是USBcharger,则D-线上会被回应一个0.6v电压。此后，PD先将D+(PD为高速或全速设备)或D-(PD为低速设备)拉高至逻辑高电平，然后通过检测另外一根数据线的电压来区分是ChargingDownstreamPort还是USBcharger。因为ChargingDownstreamPort在充电检测时期，只回应VDP_SRC而不会回应逻辑高电平，所以它将保持数据线为低(图2)。由于USBcharger内部短接了D+和D-，如果一根数据线被拉高，那么另一根数据线也将变成高电平(图3)。通过以上的检测机制，PD就可以识别出所插入的是何种USB端口。2.专用充电端口(DCP)BC1.1规定了不进行枚举的电源，例如墙上适配器电源和汽车适配器，不需要数字通信即可启动充电。DCP可提供高达1.5A电流，通过短路D+和D-进行识别，从而能够设计DCP“墙上适配器电源”，采用USBmini或微型插孔，而非圆形插头或自制连接器的固定安装线。这样的适配器可采用任意USB电缆(配备正确插头)进行充电。无电电池充电机制无电电池充电机制DeadBatteryProvision(以下简称DBP)在BC1.1规范中是一个独立的章节，DBP针对一个装有无电或低电量电池的PD插入到StandardDownstreamPort的情况进行了新的规范，它实际上是对USB2.0规范的扩展，确保BC1.1规范向下兼容USB2.0规范。USB2.0规范要求USB外设在未连接HOST时，从VBUS吸取的电流不能超过2.5mA。但有一些PD在启动时的数秒钟内需要消耗100mA以上的电流，如果这些便携设备自身的电池电量不足或彻底没电时，它将从VBUS上获取这些电流。因此，当这样的设备插入到USB端口时，可能无法启动;更多情况是，由于多数HOST或者HUB并不限制设备消耗的电流，因此设备将以大电流启动，虽然他们也可以正常工作，但是这将导致USB系统的不稳定，同时这些设备也不能通过USB兼容认证测试。DBP就是针对这种情况，有条件地放宽了USB2.0的要求。DBP规定，使用电池的便携式USB设备在插入(Attach)到USB端口到和主机连接(Connect)这一时间段内，最多可以从VBUS获取100mA的电流(USB2.0标准是2.5mA)，但是要满足下列条件：●PD安装的电池应该处于无电或低电量的状态，即PD使用这样的电池将不能开机;●当PD插入到USB端口以后并需要开始获取大于2.5mA的电流时，PD须将D+拉高至0.5-0.7V,并一直保持到和主机连接(Connect);●这些从VBUS获取的电流应该用于PD给电池充电，从而使得PD最终能够连接(Connect)和枚举(Enumerate);●这个以大于2.5mA电流充电的过程不得超过45分钟。采用基于开关调节器的充电器可解决多个问题。首先，与线性充电器相比，能够以更快的速率、更大的电流对电池进行充电(图6)。由于功耗较低、发热较少，热管理方面的问题也减少了。同时，由于运行温度降低，充电器更加可靠。---------------保护线路过充保护电压(4.275~4.35V)---------------锂离子电池充电限制电压4.20V---------------锂离子电池放电终止电压(2.75~3.00V)---------------保护线路过放保护电压(2.3~2.5V)高压警戒区：将新锂离子电池充电到4.3V使用可以比充电到4.2V的锂离子电池提高15%左右的容量,但是在50次循环以后,其容量衰减到原来的80%,寿命整整缩短了10倍.这种低度过充的锂离子电池往往在几十次循环以后就会产生发鼓等变形低压警戒区.处于该区域的锂离子电池不适合快速充电,要先用小电流将电池电压提升到3.0V以上才可以快速充电.否则容易导致锂离子极性材料发生不良反应,影响电池性能.而这个电压的锂离子电池也非常容易因为电池本身的自耗和锂离子保护线路的自耗很快的掉近低压危险区.那就危险了.而且这个自耗是保护线路无法保护的.低压危险区,长期处于低压危险区的锂离子电池,性能将近一步恶化.(小于2V)或更低的电压情况下,正极材料的钴锂酸(又称尖晶石)晶格发生变化,其晶体机构会以枝晶形式生产.这种枝晶发展长大的话会戳穿正负极的隔膜,导致电池微短路.进一步恶化电池的性能.甚至导致电池发生膨胀,彻底报废.高压危险区.此时保护线路已经失效,或者根本没有保护线路.在这个区域的锂离子电池(特别是4.8V以上),锂离子内部会发生剧烈的反应,产生强大的热量,导致电池内压正极,使电芯变形,不同于低度过充,这种变化是一次性的,即一次高度过充就可以造成电池发鼓.甚至爆炸.智能手机的飞速发展，2013年的智能手机已经升级到4核（甚至8核）、5寸/6寸的硬件规格，电池容量升级到了2000mAh甚至到4000mAh以上的配置，过长的充电时间已经严重的威胁到消费者的体验。所以从去年年底开始，主流的平台厂家纷纷推出更大电流更高效率的充电方案MT6589+MT6320采用线性充电，参考原理图添加了开关充电MSM7627A+PM8941采用开关充电便携PD电池发展趋势1电池容量增大2电池电压提高充电发展趋势1高充电效率，低发热（开关充电，充电补偿）2提高充电电流，减少充电时间（大电流充电）3提高充电电压，减少充电时间（高压充电）4高压电池，提高续航时间（高压电池）5充电补偿（IRdrop补偿）1高充电效率，低发热（开关充电，充电补偿）线性充电的方案效率也就只能在70%左右，开关充电效率能够接近90%左右PM8941效率90%at1A85%at2A充电电流的不断提升，效率差别导致的发热就越来越突出，提高效率更加重要2提高充电电流，减少充电时间（大电流充电）随着用户对手机要求越来越高，电池容量越来越大，小电流充电已无法满足用户需求提高恒流部分充电电流，可以大大压缩恒流充电时间3提高充电电压，减少充电时间（高压充电）由于USB线缆、USB接口限制，充电电流在2A左右成为瓶颈，在大电流下，充电线和主板上的损耗也将进一步提高，为了解决以上问题，可以提高电压，使用9V或12V的开关充电方式，有效降低充电器到PM的充电电流，并且可以解决开关充电两端压差降低引起的效率降低问题4高压电池，提高续航时间（高压电池）已有部分厂家的手机使用高压电池，4.35V电池，容量大概可以提高20%摩托1750mah的原装电池，3.8V的，满电4.35V放手机里用小柯达充满，4.35V电压。放出1687mah用火柴盒充满这块标称3.8V的原装电池，充满4.18V，同样规格，放出1407mah5充电补偿（IRdrop补偿）主板充电通路上一般有200~300mΩ的阻抗，包括mos管和板上走线损耗电池内阻80~120mΩ在大电流充电时，IRdrop的损耗也将增大，使恒流充电截点降低，将使恒压充电时间变得更长，可以通过软件算法进行IRdrop补偿，延长恒流充电时间。6减小通路阻抗可以通过以下方式改善：1增加充电线走线宽度；2选用小内阻的MOS；苹果充电识别（2.1A）三星充电识别（2A）PMChg_off是否使用外部SWchargerVLR2V8不知道作用Ichgs充电检测Hf_pwr外部SWcharger开机Vbat_int模拟模块供电VsbRTC输入Buck1corepower1v15Buck2A7power1V2Buck3IO外设1V8Buck4LPDDR21V2Sink10~100mA步长？？？