快速充電技術(shù)在智能手機(jī)的應(yīng)用

　　這兩年來(lái)，新一代的智能手機(jī)尺寸越來(lái)越大，屏幕的分辨率越來(lái)越高，移動(dòng)應(yīng)用處理器(AP)運(yùn)算速度也要求越來(lái)越快，這些變化都需要更大容量的鋰電池來(lái)支持。

　　隨著電池容量提升，大功率且高效的快速充電技術(shù)成為必需，而現(xiàn)有的傳統(tǒng)5V USB充電器使用統(tǒng)一使用充電接口Micro-USB,依照USB 協(xié)會(huì)發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)，Micro-USB 的最大允許的充電電流是1.8A，這意味著傳統(tǒng)的5V USB充電器將受限于9W以下，無(wú)法再提升更大輸出功率。

　　為了突破這個(gè)技術(shù)瓶頸，全球最大的手機(jī)芯片廠聯(lián)發(fā)科及高通，不約而同在新款手機(jī)芯片解決方案中，導(dǎo)入快速充電的功能。以過(guò)去充電器100%充電大概需要2~3 個(gè)小時(shí)來(lái)看，高通及聯(lián)發(fā)科的最新快速充電設(shè)計(jì)若搭配改款后的充電器，則50%充電僅需20分鐘，100%充電則有機(jī)會(huì)壓低到90分鐘以內(nèi)。

　　雖然高通和聯(lián)發(fā)科都已經(jīng)發(fā)布了各自的快速充電方案，但是他們的充電方式卻有非常大的差異，下面分別來(lái)介紹一下他們的充電原理及應(yīng)對(duì)所設(shè)計(jì)的快速充電器方案。

　　1 高通的快速充電2.0(Quick Charge 2.0)

　　高通在2013年推出的驍龍800 的芯片，其中包含了QuickCharge 2.0版本的平臺(tái)，其工作原理簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是由設(shè)備通過(guò)USB數(shù)據(jù)通訊口D+/D-，輸出電壓信號(hào)給充電器，充電器內(nèi)置USB輸入解碼芯片，判斷充電器需要輸出電壓大小。雖然快速充電的輸出電流被限制在1.8A以下，但是輸出電壓將可以有5V、9V和12V 三種選擇。新QC2.0的標(biāo)準(zhǔn)快速充電器的額定功率為15W，比過(guò)去常規(guī)5V USB充電器一下提升2~3倍。

　　現(xiàn)介紹一款配合高通QC2.0標(biāo)準(zhǔn)所開(kāi)發(fā)的快速充電器。方案選擇是Dialog公司開(kāi)發(fā)的滿足高通QC2.0 協(xié)議的解碼芯片iW620 和初級(jí)側(cè)PWM IC芯片iW1760。

　　iW620是一顆SOT-123小封裝的USB解碼IC.IC 從USB 數(shù)據(jù)通訊口D+/D-讀取需要的信息，再由IC的DRV驅(qū)動(dòng)腳輸出信號(hào)，給光電耦合器的LED不同的電流(2mA~10mA)，對(duì)應(yīng)控制不同輸出電壓5V/9V/12V，信號(hào)通過(guò)光電耦合器被反饋到初級(jí)電源管理芯片iW1760。

　　iW1760是一顆運(yùn)用數(shù)字控制的電源管理芯片，它能夠?qū)崿F(xiàn)在初級(jí)控制次級(jí)端的輸出電壓和電流。

　　在iW1760 內(nèi)部有實(shí)時(shí)波形分析儀，它通過(guò)一個(gè)個(gè)周期循環(huán)讀取VSENSE 腳的電壓波形，然后生成一個(gè)反饋電壓VFB,此VFB信號(hào)可以精確地等效在大多數(shù)情況下的輸出電壓，這樣來(lái)用于調(diào)節(jié)輸出電壓。

　　iW1760 的VSENSE腳，其功能就要是從電源變壓器的輔助繞組讀取電壓感應(yīng)信號(hào)，傳輸?shù)絀C 內(nèi)部數(shù)字控制模塊分析，進(jìn)而來(lái)控制輸出電壓。

　　在這個(gè)設(shè)計(jì)里，我們利用光電耦合器的LED 接收次級(jí)USB 解碼IC iW620所分析輸出的控制信號(hào)，再把信號(hào)反饋到初級(jí)側(cè)，驅(qū)動(dòng)并控制兩組的開(kāi)關(guān)管，進(jìn)而由分別控制的兩個(gè)分壓電阻形成的分壓線路，影響到輸入V sense的三種狀態(tài)的信號(hào)，而這三種狀態(tài)即對(duì)應(yīng)5V/9V/12V 這三種輸出電壓。

　　這個(gè)線路的電流控制是通過(guò)對(duì)IC Isense 腳的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。iW1760通過(guò)檢測(cè)初級(jí)側(cè)電流來(lái)感應(yīng)次級(jí)負(fù)載電流的變化，電流采樣點(diǎn)就是在功率開(kāi)關(guān)MOSFET的源極到地端的限流電阻上。

　　2 聯(lián)發(fā)科的快充技術(shù)Pump Express

　　聯(lián)發(fā)科在今年2 月份發(fā)布的新SOC 處理器-MT6630,其中就搭載其快速充電新技術(shù)Pump Express。

　　Pump Express技術(shù)內(nèi)置于PMIC的電源管理集成電路。

　　Pump Express特點(diǎn)：允許充電器根據(jù)電流決定充電所需的初始電壓，由PMIC發(fā)出脈沖電流指令通過(guò)USB的Vbus傳送給充電器，充電器依照這個(gè)指令調(diào)變輸出電壓，電壓逐漸增加至高達(dá)5V 達(dá)到最大充電電流。

　　聯(lián)發(fā)科目前有兩種快充規(guī)格：

　　(1)Pump Express為快速直流充電器提供的輸出功率小于10W(5V)，受控輸出電壓：5V/4.8V/4.6V/4.4V/4.2V/4.0V/3.8V/3.6V,主流輸出功率：5V/1A & 5V/1.5A。

　　(2)Pump Express Plus為充電器提供的輸出功率大于15W，其差別為受控輸出電壓增加了12V、9V 和7V 三個(gè)檔位，為12V/9V/7V/5V/4.8V/4.6V/4.4V/4.2V/4.0V/3.8V/3.6V。

　　目前配合聯(lián)發(fā)科的快充方式，也已經(jīng)有Dialog，On-bridge 和通嘉等電源芯片廠為其配合開(kāi)發(fā)專屬電源管理IC,它無(wú)需使用到USB的數(shù)據(jù)通訊口，線路簡(jiǎn)潔，從架構(gòu)上看和目前傳統(tǒng)USB 充電器幾乎一樣，其電源設(shè)計(jì)原理上也一樣，所以這里不做詳細(xì)的說(shuō)明。

　　從上面的敘述，能發(fā)現(xiàn)使用高通的快速充電方案優(yōu)點(diǎn)：控制邏輯單純，可靠性好，缺點(diǎn)：充電器的成本比同功率的充電器高20~30%。目前歐美和日本的手機(jī)制造商偏向使用高通的方案。

　　聯(lián)發(fā)科的方案，其智能手機(jī)及充電器總成本控制在略增10%以內(nèi)，迎合中國(guó)及新興國(guó)家中、低階智能手機(jī)產(chǎn)品市場(chǎng)的需要。但是從技術(shù)的角度看，用電流脈沖信號(hào)的控制模式，其抗電磁干擾性和穩(wěn)定性還需要更多驗(yàn)證。

　　3 結(jié)束語(yǔ)

　　快速充電應(yīng)用功能的新訴求，由于涉及整個(gè)充電器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改變，在高通及聯(lián)發(fā)科聯(lián)手強(qiáng)推下，成為促進(jìn)2014 年智能手機(jī)充電器產(chǎn)業(yè)洗牌動(dòng)作的重大變數(shù)。在快速充電器的設(shè)計(jì)上，無(wú)論是設(shè)計(jì)成本降低，還是可靠性提升等方面，都有更多新的課題值得人們?nèi)ヌ接憽?/p>