手机快充芯片的技术标准及设计原理详细概述

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上传日期: 2020-10-16

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资料介绍

标签:图像处理(563)gpu(1480)usb(3987)cpu(4277)

智能手机对于宽带无线通信、图像处理等多方面的需求导致实际耗电呈指数增长。未来5G通信带宽将比4G增加10倍,4K/8K等高清视频技术逐渐应用,CPUGPU等运算电路处理能力不断增强,这一切都将导致智能手机整体能耗需求将成指数增长。电池容量呈线性缓慢增长,能耗需求缺口逐渐拉大。电池技术迟迟无法突破,成为终端使用的最大瓶颈。电池容量增长缓慢,每年线性提升约15%,而能耗则是呈指数增长,能耗需求与电池性能的差距愈发明显。电池性能曲线将与能耗需求曲线严重脱轨,提高充电速度成为电池续航的关键解决方案,快速充电已成为市场竞争热点。

一、快速充电原理

快速充电技术将成为手机标配。在电池容量无法迅速取得突破,手机用电量又飞速增长的前提下,快速充电技术普及尤为必要。中国信息通信研究院对快速充电的定义是:30分钟充电进入电池的平均电流大于3A或者30分钟充电电量大于60%。快速充电系统包括快充标准,快充电源适配器接口E-marker芯片,充电线缆,手机快充芯片,电池等多个部分。各部分都必须针对不同标准专门设计,才能实现快充功能,并且保证充电安全。

1)充电适配器充电适配器的任务是把220V的市电转换为手机能够承受的5V电压(现在应各种充电协议,如QC和USBPD(TypeC接口)等的要求,也要求能够送出9V/12V/14.5V甚至20V的电压。关于充电协议的话题我们已在前面一篇公众号做过讨论),同时具有一定的功率输出能力,例如5V/2A,9V/1A等等规格。充电适配器属于AC-DC的技术范畴,平常所说的快充芯片其实是对适配器AC-DC芯片和手机端的开关式充电管理芯片(以DC-DC技术为实现手段)的统称,但本文的快充芯片特指手机端的开关式充电管理芯片。

2)充电线缆充电线缆的任务就是负责把电压/电流从适配器端传送到手机端,由于目前绝大多数充电线实际上就是USB线。这里有一个参数需要提请大家注意。按照USB2.0的标准,线缆需要具备传送最大1.8A的电流能力,因此如果是5V的适配器,USB2.0的线缆最大能传送的功率其实只有9W。

3)快充芯片它的任务是把适配器的5V/9V/12V等电压转换成电池的电压,同时按照需要的充电电流精确可控地向电池进行充电。从技术上看,快充芯片是这四个环节中最具有挑战的部分,因此目前业界有能力提供高品质高可靠性的快充芯片的厂家十分有限,主要还是以德州仪器,仙童半导体等少数几家国外大厂为主,国内的希荻微电子、汉能经过几年坚持不懈的自主研发,已推出了一系列的快充芯片,打破了国外大厂的垄断局面,并已在各大手机方案商和品牌商得到广泛的应用。快充芯片具体的介绍将在下文做详解。

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