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智慧電源管理技術--原理簡介

一、專業術語
         1. LDO(Low Dropout Regulator)
             低壓差線性穩壓器
             優點:穩定性好,負載響應快,輸出紋波小

              缺點:效率低,輸入輸出的電壓差不能太大

         2. DC-DC(Direct Current to Direct Current)
             直流變直流
             優點:效率高,輸入電壓範圍較寬

              缺點:負載響應比LDO差,輸出紋波比LDO大

         3. SDP (標準下行埠)
             這種埠的D+和D-線上具有15千歐的下拉電阻
             限流值為:掛起時2.5mA,連線時100mA,連線並配置為較高功率時為500mA


         4. DCP (專用充電埠)
             這種埠不支援任何資料傳輸,但能夠提供1.5A以上的電流。埠的D+和D-線之間短路,無需列舉。


         5. CDP (充電下行埠)
             這種埠既支援大電流充電,也支援完全相容USB2.0的資料傳輸。
             埠具有D+和D-通訊所必需的15千歐下拉電阻,也具有充電器檢測階段切換的內部電路。內部電路允許便攜 

             裝置將CDP與其它型別埠區分開來。

二、PMU開機啟動及初始化
         1. PMU開機條件
            (1)ACIN電壓由低到高,並達到有效值


            (2)VBUS電壓由低到高,並達到有效值
            (3)長按power鍵


         2. PMU初始化流程


三、外部電源檢測條件及通路選擇
         1. ACIN和VBUS檢測條件
            (1)當ACIN < 3.5V時,PMIC認為ACIN不存在;
            (2)當VBUS < 3.5V時,PMIC認為VBUS不存在;
            (3)當ACIN從低升至>3.75V時,PMIC認為ACIN來臨;
            (4)當VBUS從低升至>3.75V時,PMIC認為VBUS來臨;


            (5)ACIN或VBUS來臨或消失後,PMIC會發出中斷;


         2. ACIN和VBUS通路開啟和關閉條件
            (1)當ACIN < VBAT + 0.05V時,ACIN path關閉;
            (2)當ACIN > VBAT + 0.25V時,表明ACIN可用;
            (3)當VBUS < VBAT + 0.05V時,VBUS path關閉;
            (4)當VBUS > VBAT + 0.05V時,VBUS可用;

         3. VBUS限壓限流功能
            (1)VBUS限壓功能永遠有效,並可限流;
            (2)限流檔:100/500/900/1500/2000/2500/3000/3500/4000mA


         4. ACIN和VBUS通路選擇
            (1)ACIN和VBUS到IPSOUT的通路各有一個regulator,目標為5V;
            (2)當輸入電壓 <= 5.06V,IPSOUT = (輸入電壓 - 60mV);
            (3)當6.3V > 輸入電壓 > 5.06V,則IPSOUT = 5.0V;
            (4)當輸入電壓 > 6.3V,IPSOUT = 5.0V,PMIC產生過壓中斷;
            (5)當輸入電壓 > 7V時,IPSOUT = 5.0V,PMIC直接關機;
            (6)如果ACIN和VBUS都存在且可用,不管電池情況如何,選用ACIN;
            (7)當ACIN從高到低 < 4.3V時,要馬上開啟VBUS patch;
                    當ACIN重新來臨並可用時,PMIC會關閉VBUS並恢復ACIN path;

         5. IPSOUT和BAT的通路選擇
            (1)PMIC監控IPSOUT和BAT的電壓高低關係;
            (2)當IPSOUT低於VBAT-0.04V時,表明外部電源ACIN或VBUS不能滿足系統耗電的需求而導致IPSOUT下

                    降,此時就要開啟BAT到IPSOUT的開關;一旦IPSOUT >= VBAT - 0.01V,馬上關斷此開關;


         6. 各電源通路內阻要求
            (1)BATSENSE和LOADSENSE之間的電阻,用於監測電池電流,並恆定充電電流;
            (2)BATSENSE/LOADSENSE的拉線一定要儘量靠近取樣電阻的兩端,並靠近IC管腳;
            (3)ACIN path內阻要小於0.07ohm(70mΩ);
            (4)VBUS path內阻要小於0.1ohm(100mΩ);
            (5)BAT-IPSOUT內阻小於0.03ohm(30mΩ);

四、PMIC的充電機制
         1. PMIC充電流程
            (1)PMIC內建2A PWM充電器,可工作線上性充電模式;
            (2)當VBAT < 2.9V,涓流充電,電流為充電電流設定值的1/10;
            (3)當VBAT > 3.0V,PMIC進入恆流充電,電流為暫存器設定電流;
            (4)當VBAT > Vrch,且充電電流小於設定電流的10%,結束充電;
            (5)當VBAT == Vtarget,則Charger進入恆壓模式,
                     當充電電流減小到設定電流的10%時,充電結束;


         2. 充電異常情況處理

            (1)一旦啟動預充電模式,PMIC就開啟charger timer1,若50分鐘以內,PMIC不能從預充電模式進入恆流模

                    式,則PMIC進入電池啟用模式,同時發出IRQ,表示電池可能損壞;

            (2)在電池啟用模式,charger給電池始終以5mA充電,直至VBAT>Vrch才退出啟用模式,若始終達不到此條

                    件,就只有等ACIN和VBUS消失;

五、RDC計算
         1. 電池通路阻抗計算條件
            (1)外部電源可用,並處於充電狀態;
            (2)充電電流大於300mA;
            (3)BAT電壓在3.5V至4.1V之間;
            (4)充電等待時間足夠,預設180秒;


         2. 通路阻抗檢測流程

            (1)判斷檢測條件是否滿足;
            (2)記錄電池電壓和充電電流,取平均值;
            (3)關閉charger並延時,預設3分鐘;
            (4)記錄電池電壓和電流,取平均值;
            (5)計算RDC值,Rdc = dV/dI;

         3. RDC計算公式推導
            (1)Vbat1 = Ocv + i1*Rdc;
            (2)Ocv = Vbat2 + i2*Rdc;
            (3)Vbat1 - Vbat2 = (i1+i2)* Rdc;
            (4)Rdc = (Vbat1 - Vbat2)/(i1 + i2) = ΔV/ΔI;


         4. RDC校正
             在非充電狀態轉為充電狀態時,如果檢測到基於實時的OCV電量百分比在狀態轉換前後跳躍大於4%,則啟動

             計算RDC校正流程,RDC偏小時,每次增大4step,RDC偏大時,每次減小3step;

六、OCV/庫侖計互校過程
         1. 充電狀態下的互校過程
            (1)OCV比例大於94%,且庫侖計比例小於OCV比例
                      --> 每隔一分鐘提升庫侖計比例1%,直至99%
            (2)庫侖計比例大於94%,且OCV比例小於庫侖計比例
                      --> HOLD住庫侖計比例,同時HOLD住累加器的值,直至和OCV比例一樣
            (3)OCV比例為100%,且庫侖計比例為100%
                      --> HOLD住累加器的值,即庫侖計counter的值不發生變化;
            (4)OCV比例為0%,且庫侖計比例等於0%
                      --> 庫侖計比例和累加器的值HOLD住為0,直至OCV比例開始大於0%,庫侖計一開始正常累計;

          2. 放電狀態下的互校過程
             (1)OCV比例小於關機報警設定暫存器值+8,同時庫侖計比例大於OCV比例
                       --> 每隔1分鐘庫侖計比例降低1%,累加器一同變更,直至OCV和庫侖計相等,

                             之後庫侖計比例跟隨OCV比例變化
             (2)庫侖計比例小於關機報警設定暫存器值+6,同時,OCV比例大於庫侖計比例
                       --> HOLD住庫侖計比例,同時HOLD住累加器的值,直至OCV和庫侖計相等,

                             之後庫侖計比例跟隨OCV比例變化

七、實際電池容量校正
          1. 電池容量和OCV-SOC曲線校正條件
             (1)RDC正確檢測有效
             (2)接入外部電源進行充電
             (3)OCV對應的百分比有效且低於關機報警值+3個百分點
             (4)容量校正時,容量校正status flag為0,OCV-SOC曲線校準時,同理


          2. 容量校正流程

             (1)如果OCV比例等於0,則等待直至OCV比例開始大於0
             (2)記錄此時OCV電流比例P0及清除庫侖計二
             (3)充電到OCV比例大於容量校正結束比利時,記錄此時OCV比例Pn,庫侖計二的值Qn
             (4)計算實際容量,Qmax = Qn/(Pn - P0)
             (5)更新電池總容量暫存器

          3. OCV-SOC曲線校正
             (1)充電結束,且OCV百分比達到100%
             (2)計算各級OCV對應的電量比:
                       SOCi = P0 + Qi/Qmax
             (3)完成後,reset SOC-OCV曲線校正status flag
             (4)更新OCV-SOC曲線的32級暫存器