淺析快速充電技術(shù)在智能手機的應(yīng)用

摘 要：新一代智能手機中的電池容量越來越大，聯(lián)發(fā)科及高通等手機芯片大廠，近期不約而同在新款手機芯片解決方案中，導(dǎo)入快速充電的功能，而新一代的快速充電器也將會全面取代傳統(tǒng)USB充電器。

關(guān)鍵詞：高通（Qualcomm）；聯(lián)發(fā)科；快速充電；電源管理

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

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)會發(fā)布的標準，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，無法再提升更大輸出功率。

為了突破這個技術(shù)瓶頸，全球最大的手機芯片廠聯(lián)發(fā)科及高通，不約而同在新款手機芯片解決方案中，導(dǎo)入快速充電的功能。以過去充電器100%充電大概需要2～3個小時來看，高通及聯(lián)發(fā)科的最新快速充電設(shè)計若搭配改款后的充電器，則50%充電僅需20分鐘，100%充電則有機會壓低到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，下面分別來介紹一下他們的充電原理及應(yīng)對所設(shè)計的快速充電器方案。

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Quick Charge 2.0版本的平臺，其工作原理簡單地說，就是由設(shè)備通過USB數(shù)據(jù)通訊口D+/D- ，輸出電壓信號給充電器，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的標準快速充電器的額定功率為15W，比過去常規(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標準所開發(fā)的快速充電器。方案選擇是Dialog公司開發(fā)的滿足高通QC2.0協(xié)議的解碼芯片iW620和初級側(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)動腳輸出信號，給光電耦合器的LED不同的電流（2mA～10mA）， 對應(yīng)控制不同輸出電壓5V/9V/12V，信號通過光電耦合器被反饋到初級電源管理芯片iW1760。

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

在iW1760內(nèi)部有實時波形分析儀，它通過一個個周期循環(huán)讀取VSENSE腳的電壓波形，然后生成一個反饋電壓VFB，此VFB信號可以精確地等效在大多數(shù)情況下的輸出電壓，這樣來用于調(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，傳輸?shù)絀C內(nèi)部數(shù)字控制模塊分析，進而來控制輸出電壓。

在這個設(shè)計里，我們利用光電耦合器的LED接收次級USB解碼IC iW620 所分析輸出的控制信號，再把信號反饋到初級側(cè)，驅(qū)動并控制兩組的開關(guān)管，進而由分別控制的兩個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，而這三種狀態(tài)即對應(yīng)5V/9V/12V這三種輸出電壓。

這個線路的電流控制是通過對IC Isense 腳的控制來實現(xiàn)的。iW1760通過檢測初級側(cè)電流來感應(yīng)次級負載電流的變化，電流采樣點就是在功率開關(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：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USB的Vbus傳送給充電器，充電器依照這個指令調(diào)變輸出電壓，電壓逐漸增加至高達5V達到最大充電電流。

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發(fā)專屬電源管理IC，它無需使用到USB的數(shù)據(jù)通訊口，線路簡潔，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)計原理上也一樣，所以這里不做詳細的說明。

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：控制邏輯單純，可靠性好，缺點：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，其智能手機及充電器總成本控制在略增10%以內(nèi)，迎合中國及新興國家中、低階智能手機產(chǎn)品市場的需要。但是從技術(shù)的角度看，用電流脈沖信號的控制模式，其抗電磁干擾性和穩(wěn)定性還需要更多驗證。

3 結(jié)束語

快速充電應(yīng)用功能的新訴求，由于涉及整個充電器系統(tǒng)的設(shè)計改變，在高通及聯(lián)發(fā)科聯(lián)手強推下，成為促進2014年智能手機充電器產(chǎn)業(yè)洗牌動作的重大變數(shù)。在快速充電器的設(shè)計上，無論是設(shè)計成本降低，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>

參考文獻

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