用充電IC實(shí)現(xiàn)手機(jī)快速充電

　　假如今天是9V/1.5A，即已經(jīng)升壓了，9×1.5=13.5W，輸出端如果效率可以達(dá)100%，那么輸入端電流能夠提升。由此可見，在輸入電壓提升時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)快速充電。TI MaxCharge是業(yè)界第一款能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)支持5A充電電流和14V輸入電壓的芯片。

　　需要說明的是，輸入是從外部的適配器過來的，一般是5V。有些適配器可以有高壓輸出，但通常默認(rèn)是5V輸出，但通過握手協(xié)議之后，就會(huì)變成高壓。當(dāng)主板(包括AP和Charger IC)使能以后，允許輸出高壓它就可以輸出高壓了，所以這個(gè)高壓是適配器給出來的。

　　為何平臺(tái)電壓會(huì)有3.7V~3.0V變化?可以把電池想象成一瓶水(如圖2最右側(cè))，電流相當(dāng)于水管的粗細(xì)程度，變粗就更快了。水杯的高度是電壓，只不過水杯是中間粗、兩邊細(xì)的不規(guī)則形狀，因此開始充得很快，但中間區(qū)域內(nèi)呆的時(shí)間很長(zhǎng)，很大的就是3.7V的平臺(tái)電壓。這時(shí)候電流如果變得大，注入時(shí)間就很快。所以此時(shí)快充的突破點(diǎn)是：為了快充，提高了電流。

　　TI的方案是經(jīng)MaxCharge轉(zhuǎn)換后電流變大。MaxCharge能支持5A充電電流，14V輸入電壓。5A是最大的標(biāo)稱值，通常使用時(shí)會(huì)考慮到各種情況，比如散熱和電池容量，所以3A~5A就可以做到這樣一種平均的輸入電流。

5 快充的效率

　　充電IC普遍效率是88%、89%，TI MaxCharge bq2589x系列可在3.5A提升到91%，這等于有2個(gè)百分點(diǎn)的提升。由于效率的提升，在TI的實(shí)測(cè)中，溫度上升得很低，室溫下，測(cè)試板上溫度僅僅上升18℃，以前要上升30多℃。

　　溫升直接決定了用戶體驗(yàn)。因?yàn)楝F(xiàn)在手機(jī)的適配器、主芯片、電池充電的溫升/散熱是很重要的技術(shù)瓶頸。所以很多設(shè)計(jì)體驗(yàn)，由于散熱不佳不得不采取折中辦法。

6 放電

　　今天的Charger IC設(shè)計(jì)，所有的MOS管都集成在里面，采用串聯(lián)電路，這樣充電時(shí)要經(jīng)過MOS管，但放電的時(shí)候會(huì)受到限制，放電時(shí)要通過一個(gè)MOS管(Q4)。

　　圖3是charger IC的主流架構(gòu)圖，左側(cè)是適配器的輸入端，通過電感電流流進(jìn)入，最后進(jìn)入右側(cè)大IC里再充電?，F(xiàn)在用手機(jī)打電話時(shí)，放電過程一定要通過Q4元件，TI MaxCharge bq2589x的特色是，放電電流可以支持得很大，因?yàn)镼4的MOS管的阻抗值只有11mΩ(表1)，堪稱業(yè)界最低的阻抗。打電話進(jìn)來，主要是功放工作，因?yàn)槟阋褜SM信號(hào)時(shí)要把功率調(diào)得很大，接收塔才能接收到。因此電路這邊需要很大的瞬態(tài)電流(尖峰電流)。MaxCharge的Q4阻抗很小;如果是其他的設(shè)計(jì)方案，由于內(nèi)置Q4 MOS管的阻抗不夠小，它里面還要再加元件，增加了成本。

　　具體來看，圖3的電線是有阻抗的，其實(shí)IC里也有電阻，這些電阻會(huì)增加損耗。如果不計(jì)成本，這些阻抗越小越好(注：MOS管阻抗越小IC成本越高)。TI能在相應(yīng)成本之下把阻抗降到市場(chǎng)最低，這是MaxCharge最大的亮點(diǎn)。以前5V時(shí)，電池充電到3.7V~4V，5V、4V和3.7V差異很小，一個(gè)5V到右側(cè)3.7V實(shí)際差異不大，因此Q3導(dǎo)通的時(shí)間很短，這是切換電路：Q2-Q3，Q3-Q2兩個(gè)交替切換，實(shí)現(xiàn)能量高效率轉(zhuǎn)移。以前5V時(shí)，Q2的導(dǎo)通時(shí)間是最長(zhǎng)的，所以Q2的阻抗要越低越好。

　　9V到14V差距很大，這要求Q2的導(dǎo)通時(shí)間要縮短，Q3的導(dǎo)通時(shí)間要加長(zhǎng)，到了MaxCharge bq2589x，TI第一次把Q3阻抗降得比Q2還要低。Q3阻抗直接降到16mΩ(如表1)。這也是MaxCharge區(qū)別于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的很大差別，即Q3的阻抗直接讓MaxCharge的效率有顯著提高。

　　圖4是Q2和Q3的損耗，它的切換頻率是1.5V，屬高頻切換，這樣的波形一直切換下去進(jìn)行充電，它的占空比可以從此圖看出來。