关于移动设备快充的方法的分析和应用

移动设备智能化以后，能力越来越高，使用越来越频繁，耗电量大增，为保持其足够的使用时间，电池容量不断加大，加快充电速度就变成了自然的要求，而这唯有通过加大充电电流才能实现。

由于充电接口都汇总到USB接口上了，现在的智能设备中由充电电路提供给电池的电流都来自于USB端口。传统的USB标准接口要实现快充并不容易，5V电压，实现设备枚举以后的最大电流为500mA，算下来也就是2.5W的功率。USB 3.0规范将电流数据提高到了900mA，传输的功率也就是4.5W，仍然很小。专门用于充电的USB设备容许充电电流高达1.5A（7.5W），但是它们没有通讯的能力，这是USB-IF制订的BC1.2规范确定的。

可不可以在普通的USB接口上直接通过更大的电流呢？这个问题看起来简单，实际上行不通。如果设备吸入了超过规范规定的电流，它在实施USB设备认证时就通不过，不能实际上市销售。接口电缆、连接器都存在电阻，较大的电流通过时会形成电压降，而USB规范对到达接收端的电压范围是有规定的，任意增大的电流形成的电压降会使到达接收端的电压不在容许范围内，而这又不能通过提高供电端的电压来解决，因为它也必须在规范所定义的范围内。即使你全不考虑规范的符合问题，电流增大以后所形成的热问题也可能带来安全隐患，最后可能让你倾家荡产也赔不起。

智能手机方案的设计者解决这个问题的办法是提高电压，电流还是维持在原来的数据上，但功率却是自然地提高了，这就有了高通的QC(Quick Charge)和联发科的PE(Pump Express)。高电压进入手机以后，必须以极高的效率转换为低电压才能为电池所用，这就是Buck架构充电IC发挥作用的时候了：

Buck加快充电速度的方法依靠的就是它的电流放大作用，而高电压则不会出现在电池上，避免了安全问题，效率还很高，热问题也比较小，唯一的坏处就是元件数量要比线性充电方式的多。

如果可以对USB接口所涉及到的电缆、连接器都做出改变，充电器也能修改成可以根据需要随时调整其输出电压和电流限制的样式，我们也可以用大电流对手机进行直接的充电，这时候就连Buck这一转换环节也可以省略掉而变成直接对电池充电了，这也就是现在流行的直充，其在手机中的电路架构是下图所示的样子：

如上图，通过在Buck之外另外添加了一个开关通道，开关接通以后，电池和Vin就直接连接起来了。假如这条通道的电阻为0，上面就不会有压差存在，因而也不存在消耗，来自电源的电能能够全部进入电池，多余的发热是一点也不会有的，对改善充电效果有很大的帮助。

很显然，这样的充电系统要求受电设备与供电设备之间具有通讯能力，这样它们才能交流相互之间的状况，让供电设备能够自动根据需要提供合适的电压和电流限制，而这一切在USB Type-C接口及其上运行的PD协议上就得到了实现。

一个开关绝对是最简单的结构，但其实现其实并不简单，万一失控了怎么办？它必须能在任何情况下都能确保其负载即电池的安全。

如上图所示，RT9750是立锜根据直充应用的需要为市场提供的电子开关，它可以通过最大6A的电流为电池充电。抛开那些实现系统连接的电路部分不看，剩下的电路极其简化，但IC内部却很复杂，下面是它的内部框图：

实现输入VBUS和输出VOUT连接的是两个MOSFET开关，它们的背对背连接可以避免关断时不希望出现的电流流动。这两只开关上面的部分是电源获取电路，它们可以在VBUS、VOUT中任何一个端子有电时获取芯片工作所需要的电源。框图的下部是多个取样电路，它们把电路各处的信号取样以后送入12位的A/D转换器，以便让核心部分能随时知道各处的状况，一旦有问题，核心控制部分就会启动保护电路实施保护动作，确保充电安全。

当我们的心中只有电池管理的时候，常常会忽略了接口部分的安全，但有的问题就会在接口上发生。

电源接口常常出现的是瞬态电流带来的高电压，在示波器上看就是一段时间内的振荡着的电压波形，幅度却特别高，因此，实际中的充电IC都必须对此进行防护，需要具备足够高的耐压能力，RT9750的VBUS和VOUT端都可以承受22V的电压而不会损坏。

当USB接口上出现短路状况的时候，来自供电端的电流到了受电端接口以后就返回去了，受电端内部完全看不到，如果双方之间没有交流电流信息，这一问题是很难被发现的。这样的问题很容易造成连接端口发热、碳化甚至是燃烧，而RT9750在设计上就特别考虑到了这个问题，用户可以使用它的温度测量功能对端口的这类问题进行防范，这样的设计与单纯只是看电池温度的设计是不一样的。

常常与RT9750一起出现在应用中的产品是RT9466，一款性能强大的Buck架构充电IC，输出电流能力为5A，具有电源路径管理能力，可在任何情况下保障系统可以处于工作状态（只要有电就行）。其输入电压范围为4V-14V，最高可以承受22V高电压冲击而不会损坏，支持联发科的PE快充标准，必要时可以让它工作在Boost模式以支持USB OTG设备应用。下图是RT9466的应用电路图：

为什么有了直充模式以后还要保留Buck模式呢？这个问题其实非常简单，毕竟标准的USB接口是5V供电的，上面所说的RT9750这样的直通开关并未加入电压变换的功能，我们还需要Buck在这样的情况下去完成充电功能，同时使用RT9466的设备还有支持联发科PE标准的能力，而这样的充电器在市场上是比比皆是，因而使用RT9466就可以为设备带来普遍的适用性。