有關手機充電系統設計挑戰及解決方案

引言

目前市場上有多種類型的適配器可為鋰離子電池充電并為手機系統提供電源，同時由于中國實施了統一的手機充電接口，只要兼容的USB接口的連接線都可以為手機充電，這樣設計人員將無從得知消費者究竟使用何種適配器為手機充電，而這些適配器的電氣規格會因為制造商的不同而各異，同時由于半導體工藝的不斷進步，手機平臺的主頻和集成度越來越高，芯片面積越來越小，但平臺芯片的耐壓也隨之降低，這些都為設計人員提出了嚴峻的挑戰，要求設計人員必須設計出一個針對不同手機平臺在使用不同適配器的情況下均能滿足安全性和可靠性要求的手機充電系統。本文首先討論手機充電系統面臨的一些主要問題，然后針對這些問題提出了對應的措施，以幫助設計人員應對這些挑戰。

手機充電系統面臨的主要問題及應對措施

手機充電系統面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系統兼容設計以及手機充電系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、適配器熱插拔或負載瞬態變化時引起的瞬態過壓等。使用非穩壓的或者不正確的適配器和適配器熱插拔時的瞬態是引起輸入過壓最常見的情況。

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(Line Regulation)和負載調整率(Load Regulation)，而非穩壓適配器所提供的輸出電壓取決于負載。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系曲線圖。



圖1：穩壓與非穩壓適配器的負載曲線圖。

而在適配器熱插拔時，也會出現瞬態的過壓電壓，由于適配器連接線的寄生電感效應，熱插拔時會產生瞬態的輸出振蕩波形，經過一段時間的衰減后會穩定在DC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