基于CSU8RP3119的移動電源應(yīng)用
本文介紹了芯??萍加邢薰維OC芯片CSU8RP3119應(yīng)用于移動電源產(chǎn)品的單芯片解決方案。通過使用芯片自帶的兩路高速PWM(16M)和四路高性能ADC(12bit,死區(qū)小于3mV)以及特有的基準源數(shù)字校正專利技術(shù),CSU8RP3119無需外圍其他IC,即可實現(xiàn)效率高達93%的同步整流移動電源,在2.1A輸出條件下,效率仍然高于88%。
一、系統(tǒng)設(shè)計
移動電源由充電管理、供電管理、輸入檢測、顯示輸出組成(見下圖)。
二、詳細設(shè)計
2.1 PWM控制的充電管理(替代充電管理芯片[TP4056/5056])
根據(jù)鋰離子電池的化學特性,充電過程可以分為預(yù)充電,恒流充電、恒壓充電三個階段。CSU8RP3119通過PWM控制的Bulk DC-DC電路,可以對充電過程的電流和電壓進行靈活的控制,滿足不同類型不同容量電池對充電電流和電壓的要求,充分保證了充電過程的安全性和有效性。
2.2 PWM控制供電管理(可實現(xiàn)同步整流,替代外圍DC-DC芯片)
利用CSU8RP3119自身的高速PWM時鐘,并巧妙復(fù)用充電過程使用的電感和開關(guān)元件,可實現(xiàn)同步整流的Boost DC-DC,放電效率最高達95%,考慮了移動電源系統(tǒng)環(huán)路的寄生電阻之后,綜合放電效率可達93%,即使在放電電流達到2.1A的條件下,效率仍然可以超過88%。
2.3 用數(shù)字校正技術(shù)校準內(nèi)部1.4V基準源 (省掉外部基準源[TL431或HT7533])
CSU8RP3119內(nèi)置的1.4V基準電壓本身存在偏差,通過采用具有專利保護的數(shù)字校正技術(shù),校正后誤差小于1%。
2.4. 移動電源電池的安全保障
CSU8RP3119為電池的短路及過流提供了硬件級保護機制,當移動電源外部被短路時,芯片的電源監(jiān)測電路會在電池電壓低于2V后,自動關(guān)掉所有的輸出通路,確保電池安全。為了防止電池被過充電(例如,4.2V的電池,充電電壓超過4.3V),CSU8RP3119采用了把電池電壓直接作為Vref,反過來測試內(nèi)部1.4V基準電壓的方式,不需要外置的分壓電阻,從而避免了因外部電路故障造成誤測的可能性。保障了充電過程的電池安全。除此之外,系統(tǒng)啟動前,及充放電過程中,都將對環(huán)路的反饋機制進行檢測,從而保障系統(tǒng)是在閉環(huán)、安全的條件下運行。
有了以上軟硬件多重保護機制,如果PCB上仍然使用了鋰離子電池保護芯片(例如DW01),則可以保證鋰離子電池保護芯片的保護機制不被觸發(fā),從而不需要重新激活。
2.5 被充電設(shè)備的安全保障
當被充電設(shè)備處于大電流充電狀態(tài)(1A或者2.1A)時,如果充電插口出現(xiàn)接觸不良,有可能會引發(fā)電壓過沖,從而傷害被充電設(shè)備,特別是軟件級的DC-DC。CSU8RP3119最高指令速度可以達到8M,一個主循環(huán)的時間經(jīng)過優(yōu)化后,可以控制在200uS以內(nèi),從而有效控制了過沖電壓。經(jīng)過測試,1A條件下,過沖電壓不超過6.0V,持續(xù)時間不超過5mS,2A條件下,過沖電壓不超過6.3V,持續(xù)時間不超過5mS,完全滿足手機等被充電設(shè)備的安全要求。