智慧電源管理技術--原理簡介
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