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应对中国最新标准的手机USB充电和过压保护解决方案
[发布时间]:2011年1月18日 [来源]:电子变压器专辑 [点击率]:7372
【导读】: 供稿:安森美半导体 中国信息产业部发布的“YDT1591-2006移动通信手持机充电器及接口技术要求和测试方法”标准已经强制执行,预计这一举措将大幅减少中国每年与新手机一起销售的电池充电器的...

    如上所述,在第三种解决方案中,可以选用不同的外部充电功率元件。那么,究竟什么样的充电功率元件更合适呢?我们可以通过最坏情况来予以分析。

    假定充电器(电源适配器)提供的最低电压是4.75V,而电池电压为4.3V,充电器电流为500mA,而感测电阻为200mΩ,PCB电阻为100mΩ。这样对手机充电电路而言,就在电源输入和电池之间留出了0.45V的电压裕量。

图3   FETKY和双FET方案的结构示意图

    结合图2和图3(a)所示,充电由PMU控制,MOSFET充当充电电流的传输元件。这里计算一下通过这个充电电路中的两个传输元件(MOSFET和肖特基二极管)的压降。

Vdropout=充电电流×Rds(on)+Vf=0.5A×Rds(on)+Vf

    在最坏情况下,充电器电流为500mA时,压降(Vdropout)概算为300mV。也就是当充电器电流为500mA时,典型的肖特基二极管的正向电压(Vf)已经是400mV,这就导致无法提供足够的电压裕量。而且随着充电电流的增加,肖特基二极管所促成的0.4V极高压降更会使其成为一个阻塞点。因此,在今后的解决方案中应该避免使用FETKY解决方案。

    而在另一方面,通过用具有低V CE(Sat)的晶体管或者具有低Rds(on)的MOSFET代替肖特基二极管,可以降低传输元件上的压降,从而符合所需要的有限电压裕量要求。例如,双FET用作充电功率元件(如图3(b)所示)就是一个更加合适的选择。在这方面,安森美半导体的NTLJD3115P和NTHD4102P就是非常适合的选择。其中,NTLJD3115P是一款-20V、-4.1A、μCoolTM双P沟道功率MOSFET,它采用2×2mm的WDFN封装,具有极低的导通阻抗,其0.8?mm的高度也使其非常适合纤薄的应用环境;它针对便携设备中的电池和负载管理应用进行了优化,适合于锂离子电池充电和保护电路应用及高端负载开关应用。而NTHD4102P是一款-20V、-4.1A双P沟道ChipFETTM功率MOSFET,同样具有较小的占位面积和极低的导通阻抗,适合于纤薄的便携应用环境。

    具体而言,采用双FET的有利因素包括:阻塞反向电流、允许反向给蓝牙配件充电,以及导通阻抗(Rds(on))较低。此外,对于MOSFET而言,由于它需要频繁地进行开关操作,所以其发热成为一项问题,并且由此影响到它的使用寿命。而在采用双FET的方案中,MOSFET器件所具备的热感应等额外功能可以建立热控制环路,支持快速高效的充电方案和热保护。

    而在用双FET作为充电功率元件进行500mA甚至1,800mA的大电流充电时,需要注意到许多设计考虑事项,如器件温度、温度的计算过程容易出错等。不过,就近的节温度传感器可以改正部分错误,且准确的温度调节可以实现高效的充电解决方案。此外,还需要针对性地进行设备热模拟和温度感应FET评估等工作。

    总的来看,在选择MOSFET作为电池充电电路的充电功率元件时,我们应注意其电流额定值、击穿电压、栅极阈值及热性能等。我们可根据不同的PMIC/PMU和设计目标,采用不同的配置。

    根据YD/T1591-2006标准,手机侧充电控制电路应具备过压保护装置,也就是在手机充电接口导入直流6V以上电压时,如果不能保证安全充电,应启动保护,在非预期电压的情况下,不应出现过热、燃烧、爆炸以及其它电路损坏的现象,而且恢复后,手机应能正常工作。如图4所示,过压保护(OVP)电路在检测到过压故障状况时,检测电路就会将开关打开,使电子负载与电源断开,从而使得包括微处理器、射频、存储器和电源管理器件等核心芯片遭受过压损伤。

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