有关手机充电系统设计挑战及解决方案

引言

目前市场上有多种类型的适配器可为锂离子电池充电并为手机系统提供电源，同时由于中国实施了统一的手机充电接口，只要兼容的USB接口的连接线都可以为手机充电，这样设计人员将无从得知消费者究竟使用何种适配器为手机充电，而这些适配器的电气规格会因为制造商的不同而各异，同时由于半导体工艺的不断进步，手机平台的主频和集成度越来越高，芯片面积越来越小，但平台芯片的耐压也随之降低，这些都为设计人员提出了严峻的挑战，要求设计人员必须设计出一个针对不同手机平台在使用不同适配器的情况下均能满足安全性和可靠性要求的手机充电系统。本文首先讨论手机充电系统面临的一些主要问题，然后针对这些问题提出了对应的措施，以帮助设计人员应对这些挑战。

手机充电系统面临的主要问题及应对措施

手机充电系统面临的主要问题有输入过压、如何兼容诺基亚适配器、不同要求的手机充电系统兼容设计以及手机充电系统外围器件的布局及PCB布线考虑等。

输入过压及过压保护

导致输入过压的原因有很多，如使用非稳压的或者不正确的适配器，某些国家的电网不稳导致适配器的输出电压随市电电压变化、适配器热插拔或负载瞬态变化时引起的瞬态过压等。使用非稳压的或者不正确的适配器和适配器热插拔时的瞬态是引起输入过压最常见的情况。

目前市场上常见的适配器根据特性可划分为两种：稳压适配器和非稳压适配器。稳压适配器的输出电压通过内部电路提供非常优秀的线性调整率(Line Regulation)和负载调整率(Load Regulation)，而非稳压适配器所提供的输出电压取决于负载。图1为典型的非稳压适配器和稳压适配器的输出电压与负载的关系曲线图。



图1：稳压与非稳压适配器的负载曲线图。

而在适配器热插拔时，也会出现瞬态的过压电压，由于适配器连接线的寄生电感效应，热插拔时会产生瞬态的输出振荡波形，经过一段时间的衰减后会稳定在DC值。图2为5.5V适配器热插拔时的瞬态波形，通常适配器热插拔时产生的瞬态过压峰值电压是其DC值的两倍左右。



图2：直流输出为5.5V的AC适配器热插拔时的瞬态过压波形