如何应对手机充电系统面临的挑战

兼容诺基亚适配器的手机充电系统面临的问题及应对措施

根据市场研究机构Gartner在今年的调查数据显示，诺基亚在全球的市场占有率为34.2%，仍是手机中第一大巨头，而且在某些新兴市场国家诺基亚的市场占有率更高，比如IDC的调查数据显示诺基亚2009年底在印度的市场占有率高达54%。由于诺基亚手机的普遍性，诺基亚适配器也是唾手可得，所以可兼容 Nokia适配器的充电系统是设计人员需要考虑的。


图4： 诺基亚适配器AC-3C的输出特性曲线。

但在标准的诺基亚适配器中，有很大一部分适配器的输出电压是高于7V的，图3是诺基亚适配器AC-3C的输出特性曲线，从图中可以看出， AC-3C的输出电压在空载时为7.5V，而有的诺基亚充电器的输出电压会高达8～9V。为了适应诺基亚适配器，曾有如图5所示的用高压LDO设计的手机充电系统方案：


图5： 针对诺基亚适配器的手机充电系统方案。

但这个方案会有一些问题，首先高压LDO由于工艺尺寸较大（为了承受高输入电压），导通电阻RDS(ON)会比较大，诺基亚适配器的输出电压会随输出电流增大而逐渐降低，充电电流越大，输出电压越低，过大的LDO导通电阻会使电压进一步降低，而LDO后面的充电模块也有一定的导通压降，这样就可能会有加到电池上的电压太低而使电池充不满的情况。另外LDO多采用SOT23-5L的封装形式，高输入电压充电时在LDO内部的功耗比较大，散热会存在问题。没有 OVP保护功能、整个方案的占板面积大、成本高也都是这个方案的缺点，所以一个适用于诺基亚适配器的单芯片手机充电系统方案是设计人员迫切需要的。


图6： 适用于诺基亚适配器的单芯片手机充电系统方案。

而上海艾为推出的降压OVP——AW3208是专门针对诺基亚适配器推出的一款OVP芯片。AW3208的OVP电压高达10.5V，对于输出电压在 8～9V的诺基亚适配器，AW3208工作在降压的LDO模式，输出给手机平台充电模块的电压为5.25V（CHRIN电压），保证手机平台的充电模块可以正常充电，而对于输出电压在5～6V的适配器，AW3208的输出模式为直通模式，尽可能的减小导通压降，即使使用输出电压比较低的适配器，也确保能把电池充满。

对于输出电压比较高的适配器，工作在LDO模式的AW3208充电时内部功耗会比较大，除了具备过温保护功能和过流限流功能外，AW3208还集成了创新的K-Charge技术，充电时会持续监测芯片的结温，芯片结温升高到一定值后若继续升高，则芯片会减小输出电流以限定芯片内部功耗，尽量避免芯片结温继续升高至进入反复的过热保护状态，从而解决不能充电或充电时间过长的问题。

另外基于安全性和可靠性的考虑，AW3208具备AW3206具备的其他所有功能和特点。

针对不同应用的手机充电系统兼容性设计考虑

针对不同的应用，手机充电系统的要求是不同的，有时可能还是彼此矛盾的。比如为了适应诺基亚适配器，需要OVP芯片的OVP电压要高于9V。但在中国国内，若适配器的输出电压过高的话，国内的手机认证实验室的认证要求手机充电系统不能充电而处于保护状态。设计人员在面对这两种矛盾的要求时，往往只能设计两套不同的方案，如果有一种方案能同时兼容这两种矛盾的要求，对设计人员来说这个方案无疑是最佳的一个方案。

由于AW3206和 AW3208引脚分布完全相同，同时从应用的角度来看，两颗芯片只是OVP电压不同，外围器件和原理图完全相同（见图3和图6），而且对手机平台来说，软件控制也是完全相同，所以AW3206和AW3208刚好通过一个兼容设计来满足上面的两个矛盾的要求。

对于设计人员来说，设计手机充电系统时，可先按图3或图6设计好原理图和PCB的Layout，设计好后只需更改BOM而不要更改PCB就可以满足不同的要求了。

手机充电系统OVP芯片外围器件的选取及PCB布局布线的一些考虑

1、 输入电容和输出电容的选取

AW3206和AW3208的输入引脚ACIN到地需要一个不小于1uF的输入电容。这个输入电容除了去耦外，还可以有效减小适配器在热插拔时由于连接线的寄生电感效应产生的瞬态过冲电压。另外这个电容建议选取耐压不低于15V的X7R或X5R陶瓷电容。

AW3206 和AW3208同样在输出引脚CHRIN到地需要一个输出去耦合电容。这个电容对于AW3208尤其重要，因为输出电容对工作在LDO模式的AW3208 的输出稳定性起着至关重要的作用，缺少这个电容CHRIN引脚的输出电压将会有可能振荡。这里推荐选取耐压为6.3V，电容值不小于1uF的X7R或 X5R陶瓷电容。

2、 PCB布局和布线的一些考虑和建议

PCB布局时需要考虑输入引脚ACIN和输出引脚CHRIN到地的输入电容和输出电容应尽可能靠近ACIN和CHRIN引脚，电容的焊盘和引脚之间应直接用一层走线，避免通过通孔用两层走线。

PCB布线需要考虑从ACIN引脚至充电接口的走线、OUT引脚到采样电流电阻的走线以及采样电阻到电池的走线在满足充电电流密度的基础上尽量宽，尽可能的减小走线的寄生电阻。

为了获得更好的散热性能，AW3206/AW3208的散热片应和GND引脚一起直接连接到PCB的大面积铺地层上，同时在散热片下面的铺地层再打上尽可能多的通孔，用通孔将所有铺地层连接在一起，通过通孔和大面积的铺地层减小热阻，提高散热性能。