淺析智能手機(jī)“一小時充電”的充電保護(hù)方案

前沿

　　蘋果iPhone的出現(xiàn)，讓智能手機(jī)的概念走進(jìn)了千家萬戶。隨著智能手機(jī)的快速普及，消費(fèi)者對于智能手機(jī)功能以及體驗需求不斷提升，使得智能手機(jī)廠家不斷的追求硬件參數(shù)高配置。最為明顯的就是CPU核數(shù)以及屏幕尺寸不斷的變大，最近國產(chǎn)華為手機(jī)更是推出了6.1英寸，四核1.GHz CPU的Mate智能手機(jī)，把智能手機(jī)的硬件參數(shù)推到了另一個頂峰。但是這兩個硬件參數(shù)的提升卻嚴(yán)重的影響到了消費(fèi)者對手機(jī)待機(jī)時間的需求。

　　年初，美國資訊公司 J.D. Power發(fā)布了2012年智能手機(jī)用戶滿意度調(diào)查報告，調(diào)查結(jié)果也表明手機(jī)電池是智能手機(jī)的使用瓶頸。該調(diào)查還顯示，手機(jī)電池的耗電量是決定客戶是否對手機(jī)滿意的最重要因素之一。一款簡單的功能機(jī)，充滿電后放上十天半個月不充電也是稀松平常的事。但是智能手機(jī)每天都得插上充電器，就像回到了有線電話時代，總有條“繩子”跟著你的手機(jī)。很遺憾鋰電池技術(shù)突破遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有跟上其它硬件的發(fā)展腳步，智能手機(jī)耗電激增更是將手機(jī)電池推向了絕對的瓶頸期。這種情況下，想要在電池端下工夫，只能增加電池體積以增大容量。目前主流手機(jī)電池容量多在1000-2000mAh之間，大尺寸的機(jī)器會出現(xiàn)配備2500mAh電池的手機(jī)，而華為的mate更是配了4050mAh的電池。

　　大容量電池必然帶來長時間的充電時間，同時對智能手機(jī)的充電技術(shù)提出了更高的要求。本文主要對目前主流智能手機(jī)充電方案做個詳細(xì)的介紹。

　　無源分立器件方案

　　分立器件充電方案主要是從功能機(jī)時代延續(xù)過來，如圖1為MTK平臺目前在功能機(jī)平臺以及低端智能手機(jī)平臺的主流充電方案。充電的控制全部靠主平臺來控制，通過兩路ADC檢測引腳ISENS/BATSNS之間0.2歐姆電阻的電壓差，內(nèi)部的邏輯電路會設(shè)置流過R1電阻的電流來實現(xiàn)對電池充電電流大小的控制，而且還通過7.5K電阻以及NMOS管隔離BB或者PMU直接面對VCHG充電器輸出的脈沖高壓沖擊，確保不會因為劣質(zhì)適配器輸出的高壓燒壞主芯片。

　　分立器件充電方案的優(yōu)勢是成本足夠便宜，劣勢就是充電電流比較少，目前市面主流的設(shè)置是500mA，而且充電的保護(hù)機(jī)制主要是靠平臺自身的軟硬件來實現(xiàn)。分立器件充電方案的優(yōu)缺點都比較明顯，但是在功能機(jī)時代，分立器件的優(yōu)勢得到極大發(fā)揚(yáng)，而充電電流比較少的劣勢在功能機(jī)時代并沒有給消費(fèi)者帶來太差的體驗感。正因為這樣，分立器件充電這套方案成為了所有功能機(jī)平臺的主流充電方案。

　　但是隨著智能手機(jī)電池容量的不斷增大，分立器件充電電流較少的劣勢不斷顯現(xiàn)，因為成本的考慮，很多廠家想通過分立器件的方式來提升充電電流。但是分立器件由于散熱的太差很難實現(xiàn)較大電流充電，圖2 是圖1電路中大電流通路的三極管兩種封裝圖，從早期的SOT23-6封裝發(fā)展到為了支持更大電流充電的DFN2X2-8封裝，但是分立器件自身的結(jié)構(gòu)只能通過管腳對空氣散熱，限制了不管是哪種封裝都沒有辦法取得很好的散熱效果。類似的有源功率器件采用DFN、QFN封裝，看中的是可以利用封裝底部的散熱盤，這個散熱盤要有好的散熱效果必須接主板的大地，而無源的分立器件沒有辦法利用到散熱盤的這個有效散熱功能。

　　有源線性充電方案

　　在手機(jī)平臺還沒有高度集成化的時候，有源線性充電是手機(jī)充電的主流方案，后來隨著平臺的不斷集成化，BB把充電的控制邏輯集成在自身的PMU里面，從散熱方面考慮，把需要過大電流的管子放置在外面，從而延伸出了分立器件的充電方案。隨著智能手機(jī)的不斷普及，電池容量的不斷增大，對充電電流的要求不斷提升。上文描述的分立器件充電電流小、散熱差的問題越來越嚴(yán)重，線性充電的集成方案有開始陸續(xù)被一些更注重品質(zhì)的廠家采用。

　　有源線性充電的優(yōu)勢是：1、芯片集成較多的充電保護(hù)機(jī)制，這種保護(hù)機(jī)制隨著充電電流的不斷增大，越來越被工程師所關(guān)注，畢竟充電模塊會涉及到手機(jī)可靠性方面；2、散熱較好，有源的充電IC一般會采用帶散熱盤的DFN/QFN等封裝，芯片內(nèi)部的地會通過封裝的散熱盤接到主板的大地，非常有利于主板的散熱，不會出現(xiàn)手機(jī)主板某個局部區(qū)域溫度過高的情況。劣勢是：1、成本要比無源的分立器件方案高；2、充電電流最大支持到1A，電流再大，效率低導(dǎo)致的散熱問題也會明顯顯現(xiàn)。