中心議題：

• 充電係統麵臨的主要問題及應對措施
• 外圍器件的選取及PCB布局布線分析

解決方案：

• 輸入過壓及過壓保護
• 輸入電容和輸出電容的選取

目前市場上有多種類型的適配器可為鋰離子電池充電並為手機係統提供電源，同時由於中國實施了統一的手機充電接口
，隻要兼容的USB接(jie)口(kou)的(de)連(lian)接(jie)線(xian)都(dou)可(ke)以(yi)為(wei)手(shou)機(ji)充(chong)電(dian)
，這(zhe)樣(yang)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)將(jiang)無(wu)從(cong)得(de)知(zhi)消(xiao)費(fei)者(zhe)究(jiu)竟(jing)使(shi)用(yong)何(he)種(zhong)適(shi)配(pei)器(qi)為(wei)手(shou)機(ji)充(chong)電(dian)，而(er)這(zhe)些(xie)適(shi)配(pei)器(qi)的(de)電(dian)氣(qi)規(gui)格(ge)會(hui)因(yin)為(wei)製(zhi)造(zao)商(shang)的(de)不(bu)同(tong)而(er)各(ge)異(yi)
，同(tong)時(shi)由(you)於(yu)半(ban)導(dao)體(ti)工(gong)藝(yi)的(de)不(bu)斷(duan)進(jin)步(bu)，手(shou)機(ji)平(ping)台(tai)的(de)主(zhu)頻(pin)和(he)集(ji)成(cheng)度(du)越(yue)來(lai)越(yue)高(gao)，芯(xin)片(pian)麵(mian)積(ji)越(yue)來(lai)越(yue)小(xiao)
，但(dan)平(ping)台(tai)芯(xin)片(pian)的(de)耐(nai)壓(ya)也(ye)隨(sui)之(zhi)降(jiang)低(di)
，這(zhe)些(xie)都(dou)為(wei)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)提(ti)出(chu)了(le)嚴(yan)峻(jun)的(de)挑(tiao)戰(zhan)
，要(yao)求(qiu)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)必(bi)須(xu)設(she)計(ji)出(chu)一(yi)個(ge)針(zhen)對(dui)不(bu)同(tong)手(shou)機(ji)平(ping)台(tai)在(zai)使(shi)用(yong)不(bu)同(tong)適(shi)配(pei)器(qi)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)均(jun)能(neng)滿(man)足(zu)安(an)全(quan)性(xing)和(he)可(ke)靠(kao)性(xing)要(yao)求(qiu)的(de)手(shou)機(ji)充(chong)電(dian)係(xi)統(tong)。本(ben)文(wen)首(shou)先(xian)討(tao)論(lun)手(shou)機(ji)充(chong)電(dian)係(xi)統(tong)麵(mian)臨(lin)的(de)一(yi)些(xie)主(zhu)要(yao)問(wen)題(ti)

，然(ran)後(hou)針(zhen)對(dui)這(zhe)些(xie)問(wen)題(ti)提(ti)出(chu)了(le)對(dui)應(ying)的(de)措(cuo)施(shi)，以(yi)幫(bang)助(zhu)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)應(ying)對(dui)這(zhe)些(xie)挑(tiao)戰(zhan)。
　　
手機充電係統麵臨的主要問題及應對措施
　　
手機充電係統麵臨的主要問題有輸入過壓
、如何兼容諾基亞適配器
、不同要求的手機充電係統兼容設計以及手機充電係統外圍器件的布局及PCB布線考慮等。
　　
輸入過壓及過壓保護
　　
導致輸入過壓的原因有很多，如使用非穩壓的或者不正確的適配器，某些國家的電網不穩導致適配器的輸出電壓隨市電電壓變化、適shi配pei器qi熱re插cha拔ba或huo負fu載zai瞬shun態tai變bian化hua時shi引yin起qi的de瞬shun態tai過guo壓ya等deng。使shi用yong非fei穩wen壓ya的de或huo者zhe不bu正zheng確que的de適shi配pei器qi和he適shi配pei器qi熱re插cha拔ba時shi的de瞬shun態tai是shi引yin起qi輸shu入ru過guo壓ya最zui常chang見jian的de情qing況kuang。
　　
目前市場上常見的適配器根據特性可劃分為兩種：穩壓適配器和非穩壓適配器。穩壓適配器的輸出電壓通過內部電路提供非常優秀的線性調整率(LineRegulation)和負載調整率(LoadRegulation)，而非穩壓適配器所提供的輸出電壓取決於負載。圖1為典型的非穩壓適配器和穩壓適配器的輸出電壓與負載的關係曲線圖。


圖1：穩壓與非穩壓適配器的負載曲線圖。
　　
erzaishipeiqirechabashi

，yehuichuxianshuntaideguoyadianya，youyushipeiqilianjiexiandejishengdianganxiaoying，rechabashihuichanshengshuntaideshuchuzhendangboxing，jingguoyiduanshijiandeshuaijianhouhuiwendingzaiDC值。圖2為5.5V適配器熱插拔時的瞬態波形，通常適配器熱插拔時產生的瞬態過壓峰值電壓是其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過壓波形。
　　
隨sui著zhe半ban導dao體ti工gong藝yi的de不bu斷duan進jin步bu，手shou機ji平ping台tai的de集ji成cheng度du和he主zhu頻pin越yue來lai越yue高gao，芯xin片pian麵mian積ji越yue來lai越yue小xiao，隨sui之zhi帶dai來lai的de問wen題ti是shi平ping台tai芯xin片pian的de耐nai壓ya也ye隨sui之zhi降jiang低di。早zao期qi平ping台tai的de耐nai壓ya比bi較jiao高gao，非fei穩wen壓ya適shi配pei器qi的de空kong載zai輸shu出chu電dian壓ya或huo者zhe適shi配pei器qi熱re插cha拔ba時shi的de瞬shun態tai過guo壓ya手shou機ji平ping台tai是shi可ke以yi承cheng受shou的de。而er采cai用yong先xian進jin工gong藝yi製zhi程cheng的de手shou機ji平ping台tai由you於yu集ji成cheng度du高gao，耐nai壓ya低di，前qian麵mian所suo述shu的de電dian壓ya直zhi接jie加jia到dao手shou機ji平ping台tai芯xin片pian上shang就jiu有you可ke能neng會hui引yin起qi芯xin片pian的de損sun傷shang，所suo以yi采cai用yong先xian進jin工gong藝yi製zhi程cheng的de手shou機ji平ping台tai就jiu要yao求qiu設she計ji人ren員yuan應ying用yong時shi需xu要yao在zai適shi配pei器qi和he手shou機ji平ping台tai對dui應ying的de充chong電dian模mo塊kuai之zhi間jian增zeng加jia一yi個ge輸shu入ru過guo壓ya保bao護hu(OVP)芯片，防止適配器輸出的過高電壓對手機平台芯片產生損傷。例如MTK的早期手機平台MT6305/5318
、展訊的SC6600L的充電引腳最高可承受電壓為15V，高通的QSC6240/6270的充電引腳最高可承受電壓為18V，均不要求增加OVP芯片
，而MTK的MT6223/6235/6238/6253由於充電引腳最高可承受電壓隻有9V
，所以就要求增加OVP芯片，以防止適配器的過高輸出電壓對手機平台芯片產生損傷。
　　
對於增加的OVP芯xin片pian，其qi可ke承cheng受shou的de最zui高gao耐nai壓ya隻zhi要yao和he早zao期qi的de幾ji個ge手shou機ji平ping台tai芯xin片pian的de耐nai壓ya相xiang同tong就jiu可ke以yi了le，因yin為wei早zao期qi的de手shou機ji平ping台tai芯xin片pian已yi經jing大da批pi量liang出chu貨huo，在zai市shi場chang的de長chang期qi應ying用yong驗yan證zheng了le其qi耐nai壓ya的de安an全quan性xing和he可ke靠kao性xing，所suo以yi對dui於yu增zeng加jia的deOVP芯片，其可承受的最高耐壓隻要在15V以上就已經足夠了。
　　
出於充電時的安全考慮，手機平台一般會限製充電電壓在7V以下

，適配器輸出電壓高於7V若直接接到手機充電模塊是不允許充電的，另外由於國內統一的充電接口標準的實施，適配器的DC輸出電壓大多集中在5～6V，針對國內適配器的特點，OVP芯片主要是為了避免適配器熱插拔時的瞬態過衝對手機平台芯片的累計性損傷。


圖3：適用於國內適配器的單芯片手機充電係統方案。
　　
而上海艾為的AW3206就是一款能滿足國內手機充電係統要求的OVP芯片。AW3206的OVP保護電壓為6.8V，適用於適配器輸出電壓為5～6V的國內手機充電係統。對於熱插拔的瞬態過壓，AW3206的100ns過壓保護反應時間能確保手機充電係統的安全。AW3206高達±8KV(HBM)的ESD保護和±450mA的Latch-up保護都是增加手機充電係統的安全性和可靠性的有力基礎。
　　
為了增加手機充電係統的安全性和可靠性
，AW3206具有以下特點：
　　1、6.8V的輸入保護電壓，適用於適配器輸出電壓為5～6V的國內手機充電係統

；
　　2
、集成K-Charge技(ji)術(shu)的(de)輸(shu)入(ru)限(xian)流(liu)保(bao)護(hu)，既(ji)能(neng)在(zai)芯(xin)片(pian)溫(wen)度(du)低(di)的(de)時(shi)候(hou)保(bao)證(zheng)比(bi)較(jiao)大(da)的(de)充(chong)電(dian)電(dian)流(liu)，又(you)能(neng)在(zai)芯(xin)片(pian)結(jie)溫(wen)太(tai)高(gao)時(shi)智(zhi)能(neng)調(tiao)整(zheng)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)來(lai)限(xian)製(zhi)結(jie)溫(wen)
，性(xing)能(neng)與(yu)安(an)全(quan)兼(jian)顧(gu)；
　　3
、集成具有防反灌功能的充電P-MOSFET，既節省成本，又可防止待機時電池電流反灌
；
　　4、鋰離子電池過壓保護和過溫保護。[page]

兼容諾基亞適配器的手機充電係統麵臨的問題及應對措施
　　
根據市場研究機構Gartner在今年的調查數據顯示，諾基亞在全球的市場占有率為34.2%
，仍是手機中第一大巨頭，而且在某些新興市場國家諾基亞的市場占有率更高，比如IDC的調查數據顯示諾基亞2009年底在印度的市場占有率高達54%。由於諾基亞手機的普遍性，諾基亞適配器也是唾手可得

，所以可兼容Nokia適配器的充電係統是設計人員需要考慮的。


圖4：諾基亞適配器AC-3C的輸出特性曲線。
　　
但在標準的諾基亞適配器中，有很大一部分適配器的輸出電壓是高於7V的，圖3是諾基亞適配器AC-3C的輸出特性曲線，從圖中可以看出，AC-3C的輸出電壓在空載時為7.5V
，而有的諾基亞充電器的輸出電壓會高達8～9V。為了適應諾基亞適配器，曾有如圖5所示的用高壓LDO設計的手機充電係統方案：


圖5：針對諾基亞適配器的手機充電係統方案。
　　
但這個方案會有一些問題
，首先高壓LDO由於工藝尺寸較大(為了承受高輸入電壓)，導通電阻RDS(ON)會比較大，諾基亞適配器的輸出電壓會隨輸出電流增大而逐漸降低

，充電電流越大，輸出電壓越低
，過大的LDO導通電阻會使電壓進一步降低
，而LDO後麵的充電模塊也有一定的導通壓降，這樣就可能會有加到電池上的電壓太低而使電池充不滿的情況。另外LDO多采用SOT23-5L的封裝形式
，高輸入電壓充電時在LDO內部的功耗比較大，散熱會存在問題。沒有OVP保護功能
、整個方案的占板麵積大
、成本高也都是這個方案的缺點
，所以一個適用於諾基亞適配器的單芯片手機充電係統方案是設計人員迫切需要的。


圖6：適用於諾基亞適配器的單芯片手機充電係統方案。
　　
而上海艾為推出的降壓OVP——AW3208是專門針對諾基亞適配器推出的一款OVP芯片。AW3208的OVP電壓高達10.5V，對於輸出電壓在8～9V的諾基亞適配器，AW3208工作在降壓的LDO模式，輸出給手機平台充電模塊的電壓為5.25V(CHRIN電壓)，保證手機平台的充電模塊可以正常充電，而對於輸出電壓在5～6V的適配器
，AW3208的輸出模式為直通模式，盡可能的減小導通壓降，即使使用輸出電壓比較低的適配器，也確保能把電池充滿。
　　
對於輸出電壓比較高的適配器，工作在LDO模式的AW3208充電時內部功耗會比較大
，除了具備過溫保護功能和過流限流功能外，AW3208還集成了創新的K-Chargejishu，chongdianshihuichixujiancexinpiandejiewen
，xinpianjiewenshenggaodaoyidingzhihouruojixushenggao，zexinpianhuijianxiaoshuchudianliuyixiandingxinpianneibugonghao
，jinliangbimianxinpianjiewenjixushenggaozhijinrufanfudeguorebaohuzhuangtai，congerjiejuebunengchongdianhuochongdianshijianguochangdewenti。
　　
另外基於安全性和可靠性的考慮，AW3208具備AW3206具備的其他所有功能和特點。
　　針對不同應用的手機充電係統兼容性設計考慮
　　針對不同的應用


，手機充電係統的要求是不同的，有時可能還是彼此矛盾的。比如為了適應諾基亞適配器，需要OVP芯片的OVP電壓要高於9V。但(dan)在(zai)中(zhong)國(guo)國(guo)內(nei)，若(ruo)適(shi)配(pei)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)過(guo)高(gao)的(de)話(hua)，國(guo)內(nei)的(de)手(shou)機(ji)認(ren)證(zheng)實(shi)驗(yan)室(shi)的(de)認(ren)證(zheng)要(yao)求(qiu)手(shou)機(ji)充(chong)電(dian)係(xi)統(tong)不(bu)能(neng)充(chong)電(dian)而(er)處(chu)於(yu)保(bao)護(hu)狀(zhuang)態(tai)。設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)在(zai)麵(mian)對(dui)這(zhe)兩(liang)種(zhong)矛(mao)盾(dun)的(de)要(yao)求(qiu)時(shi)，往(wang)往(wang)隻(zhi)能(neng)設(she)計(ji)兩(liang)套(tao)不(bu)同(tong)的(de)方(fang)案(an)，如(ru)果(guo)有(you)一(yi)種(zhong)方(fang)案(an)能(neng)同(tong)時(shi)兼(jian)容(rong)這(zhe)兩(liang)種(zhong)矛(mao)盾(dun)的(de)要(yao)求(qiu)，對(dui)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)來(lai)說(shuo)這(zhe)個(ge)方(fang)案(an)無(wu)疑(yi)是(shi)最(zui)佳(jia)的(de)一(yi)個(ge)方(fang)案(an)。
　　
由於AW3206和AW3208引腳分布完全相同，同時從應用的角度來看
，兩顆芯片隻是OVP電壓不同，外圍器件和原理圖完全相同(見圖3和圖6)
，而且對手機平台來說，軟件控製也是完全相同，所以AW3206和AW3208剛好通過一個兼容設計來滿足上麵的兩個矛盾的要求。
　　
對於設計人員來說，設計手機充電係統時
，可先按圖3或圖6設計好原理圖和PCB的Layout，設計好後隻需更改BOM而不要更改PCB就可以滿足不同的要求了。
　　
手機充電係統OVP芯片外圍器件的選取及PCB布局布線的一些考慮
　　
1、輸入電容和輸出電容的選取
　　
AW3206和AW3208的輸入引腳ACIN到地需要一個不小於1uF的de輸shu入ru電dian容rong。這zhe個ge輸shu入ru電dian容rong除chu了le去qu耦ou外wai，還hai可ke以yi有you效xiao減jian小xiao適shi配pei器qi在zai熱re插cha拔ba時shi由you於yu連lian接jie線xian的de寄ji生sheng電dian感gan效xiao應ying產chan生sheng的de瞬shun態tai過guo衝chong電dian壓ya。另ling外wai這zhe個ge電dian容rong建jian議yi選xuan取qu耐nai壓ya不bu低di於yu15V的X7R或X5R陶瓷電容。
　　
AW3206和AW3208同樣在輸出引腳CHRIN到地需要一個輸出去耦合電容。這個電容對於AW3208尤其重要，因為輸出電容對工作在LDO模式的AW3208的輸出穩定性起著至關重要的作用
，缺少這個電容CHRIN引腳的輸出電壓將會有可能振蕩。這裏推薦選取耐壓為6.3V，電容值不小於1uF的X7R或X5R陶瓷電容。

2、PCB布局和布線的一些考慮和建議
　　
PCB布局時需要考慮輸入引腳ACIN和輸出引腳CHRIN到地的輸入電容和輸出電容應盡可能靠近ACIN和CHRIN引腳，電容的焊盤和引腳之間應直接用一層走線
，避免通過通孔用兩層走線。
　　
PCB布線需要考慮從ACIN引腳至充電接口的走線、OUT引腳到采樣電流電阻的走線以及采樣電阻到電池的走線在滿足充電電流密度的基礎上盡量寬，盡可能的減小走線的寄生電阻。
　　
為了獲得更好的散熱性能，AW3206/AW3208的散熱片應和GND引腳一起直接連接到PCB的(de)大(da)麵(mian)積(ji)鋪(pu)地(di)層(ceng)上(shang)，同(tong)時(shi)在(zai)散(san)熱(re)片(pian)下(xia)麵(mian)的(de)鋪(pu)地(di)層(ceng)再(zai)打(da)上(shang)盡(jin)可(ke)能(neng)多(duo)的(de)通(tong)孔(kong)，用(yong)通(tong)孔(kong)將(jiang)所(suo)有(you)鋪(pu)地(di)層(ceng)連(lian)接(jie)在(zai)一(yi)起(qi)，通(tong)過(guo)通(tong)孔(kong)和(he)大(da)麵(mian)積(ji)的(de)鋪(pu)地(di)層(ceng)減(jian)小(xiao)熱(re)阻(zu)，提(ti)高(gao)散(san)熱(re)性(xing)能(neng)。

本文討論了手機充電係統中麵臨的一些問題，並對這些問題提出了相應的應對措施，以幫助設計人員設計出能滿足更穩定、更可靠要求的手機充電係統，使其產品能在眾多的產品中獨樹一幟，而不是“泯然眾人”。