中心議題：

• 手機充電要求及不同充電電路解決方案比較
• 有效的過壓保護解決方案

解決方案：

• 分立解決方案 ESD5Z5.0T1.G
  、NCP346
• 全集成解決方案 NCP348
  、NCP360和NCP361

中國信息產業部發布的“YD/T 1591-2006移動通信手持機充電器及接口技術要求和測試方法”標(biao)準(zhun)已(yi)經(jing)強(qiang)製(zhi)執(zhi)行(xing)，預(yu)計(ji)這(zhe)一(yi)舉(ju)措(cuo)將(jiang)大(da)幅(fu)減(jian)少(shao)中(zhong)國(guo)每(mei)年(nian)與(yu)新(xin)手(shou)機(ji)一(yi)起(qi)銷(xiao)售(shou)的(de)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)器(qi)的(de)數(shu)量(liang)，從(cong)而(er)降(jiang)低(di)手(shou)機(ji)總(zong)體(ti)材(cai)料(liao)成(cheng)本(ben)，並(bing)減(jian)少(shao)廢(fei)棄(qi)電(dian)子(zi)裝(zhuang)置(zhi)帶(dai)來(lai)的(de)環(huan)境(jing)汙(wu)染(ran)。

YD/T 1591標準涉及兩大部分
，分別是移動通信手持機側(簡稱“手機側”)和充電器側。手機側指的是手機加上手機連接充電器直流輸出端的線纜及其插頭，由手機製造商提供；充電器側指充電器及直流輸出連接插座，由充電器廠商提供。

YD/T 1591標準手機側的要求主要分為三個部分
，分別是手機側連接接口電氣性能要求(標準4.2.3.1)、手機側充電連接接口及線纜要求(標準 4.2.3.3、4.2.3.4)和手機側供電裝置識別(標準4.2.3.5)。本文將重點結合手機側的要求來分析USB充電和過壓保護設計策略，以及相應的解決方案。

手機充電要求及不同充電電路解決方案比較

通常所稱的手機充電器實際上是交流/直流(AC-DC)電源適配器，真正的充電電路乃是在手機內部。根據YD/T 1591標準要求，手機充電接口直流輸入電壓也就是充電器的輸出電壓為5 V±5%

，即範圍為4.75 V~5.25 V；標準充電器的充電電流為300 mA至1,800 mA，非標準充電器(如筆記本電腦的USB端口等)的最大充電電流為500 mA。無論充電器的輸出功率如何
，手持機側充電控製電路應能根據自身需求實施安全充電，不應出現過熱、燃燒、爆炸以及其它電路損壞的現象。

在手機內部的充電電路方麵，業界有著不同的解決方案

，主要包括分立式充電IC、集成式充電IC、電源管理集成電路(PMIC，或稱電源管理單元，簡稱PMU)+外部充電功率元件等三種。這三種方案各有其特點。其中，對於分立式充電ICfanganeryan，youdianzaiyubianyuzengjiahuoxiugaigongneng，congergengyouliyushixianchanpinchayihua，ciwai

，zhezhongfanganyouliyushixiankunnandedianlubanbuju，dadaokekedediancijianrongyaoqiu
，yejuyougenghaodesanretexing。qiquedianzaiyushiyongdeyuanjianjiaoduo，chengbengao
，huizengjiadianlubanzhanyongmianji，erzhehuigeidianlubankongjianmizuzhenguideshoujidengbianxieshebeishejidailaigengdatiaozhan。zhezhongfanganzhengzaizhubutaotaizhizhong。

對(dui)於(yu)集(ji)成(cheng)式(shi)充(chong)電(dian)方(fang)案(an)而(er)言(yan)
，它(ta)集(ji)成(cheng)了(le)大(da)量(liang)的(de)功(gong)能(neng)
，所(suo)需(xu)的(de)外(wai)圍(wei)器(qi)件(jian)非(fei)常(chang)少(shao)，易(yi)於(yu)實(shi)現(xian)小(xiao)尺(chi)寸(cun)的(de)外(wai)形(xing)因(yin)數(shu)，利(li)於(yu)降(jiang)低(di)電(dian)路(lu)板(ban)布(bu)局(ju)的(de)複(fu)雜(za)性(xing)。包(bao)括(kuo)安(an)森(sen)美(mei)半(ban)導(dao)體(ti)在(zai)內(nei)的(de)眾(zhong)多(duo)廠(chang)商(shang)都(dou)支(zhi)持(chi)這(zhe)種(zhong)方(fang)案(an)。不(bu)過(guo)，由(you)於(yu)工(gong)藝(yi)和(he)功(gong)耗(hao)方(fang)麵(mian)的(de)原(yuan)因(yin)
，集(ji)成(cheng)式(shi)充(chong)電(dian)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)對(dui)充(chong)電(dian)電(dian)流(liu)的(de)大(da)小(xiao) 會(hui)有(you)嚴(yan)格(ge)限(xian)製(zhi)。此(ci)外(wai)，集(ji)成(cheng)式(shi)方(fang)案(an)布(bu)局(ju)比(bi)較(jiao)麻(ma)煩(fan)，缺(que)乏(fa)靈(ling)活(huo)性(xing)
，難(nan)以(yi)滿(man)足(zu)產(chan)品(pin)功(gong)能(neng)差(cha)異(yi)化(hua)要(yao)求(qiu)
，所(suo)集(ji)成(cheng)的(de)眾(zhong)多(duo)功(gong)能(neng)對(dui)有(you)些(xie)客(ke)戶(hu)來(lai)說(shuo)可(ke)能(neng)意(yi)味(wei)著(zhe)過(guo)多(duo)的(de)限(xian)製(zhi)。因(yin)此(ci)，這(zhe)種(zhong)方(fang)案(an)主(zhu)要(yao)適(shi)合(he)於(yu)對(dui)靈(ling)活(huo)性(xing)要(yao)求(qiu)不(bu)高(gao)的(de)高(gao)產(chan)量(liang)應(ying)用(yong)。

相比較前兩種方案而言，“PMU/PMIC+充電功率元件”zhezhongfanganchuyuzhuliudiwei。zhezhongfanganzonghelejichengduyulinghuoxingdeyoushi，shiyongyubixuzhichibutongshichangdechanpin。jiyuzhezhongliniandeshejibuhuizhanyongtaiduodianlubankongjian，danyuanjiandeweizhikeyigenglinghuo
，qieyiyushixianchanpindechayihua。zaizhezhongfanganzhong，waibuchongdiangonglvyuanjiankeyishichangxiaoyingguan(FET)
、雙FET
、雙極型晶體管(BJT)和FETKY(MOSFET和肖特基二極管共同封裝在一起)等。這種解決方案的結構示意圖如圖2所示。

rushangsuoshu
，zaidisanzhongjiejuefanganzhong，keyixuanyongbutongdewaibuchongdiangonglvyuanjian。name，jiujingshenmeyangdechongdiangonglvyuanjiangengheshine？womenkeyitongguozuihuaiqingkuanglaiyuyifenxi。

假定充電器(電源適配器)提供的最低電壓是4.75 V，而電池電壓為4.3 V，充電器電流為500 mA，而感測電阻為200 mΩ
，PCB電阻為100 mΩ。這樣對手機充電電路而言
，就在電源輸入和電池之間留出了0.45 V的電壓裕量。

結合圖2和圖3(a)所示，充電由PMU控製，MOSFET充當充電電流的傳輸元件。這裏計算一下通過這個充電電路中的兩個傳輸元件 (MOSFET和肖特基二極管)的壓降。

Vdropout = 充電電流×Rds(on)+Vf = 0.5 A×Rds(on)+Vf[page]

在最壞情況下
，充電器電流為500 mA時，壓降(Vdropout)概算為300 mV。也就是當充電器電流為500 mA時，典型的肖特基二極管的正向電壓(Vf)已經是400 mV
，這就導致無法提供足夠的電壓裕量。而且隨著充電電流的增加，肖特基二極管所促成的0.4 V極高壓降更會使其成為一個阻塞點。因此，在今後的解決方案中應該避免使用FETKY解決方案。

而在另一方麵，通過用具有低V CE(Sat)的晶體管或者具有低Rds(on)的MOSFET代替肖特基二極管
，可以降低傳輸元件上的壓降，從而符合所需要的有限電壓裕量要求。例如
，雙FET用作充電功率元件(如圖3(b)所示)就是一個更加合適的選擇。在這方麵，安森美半導體的NTLJD3115P和NTHD4102P就是非常適合的選擇。其中，NTLJD3115P是一款-20 V
、-4.1 A、μCool? 雙P溝道功率MOSFET，它采用2×2 mm的WDFN封裝，具有極低的導通阻抗，其0.8 mm的高度也使其非常適合纖薄的應用環境；它針對便攜設備中的電池和負載管理應用進行了優化，適合於鋰離子電池充電和保護電路應用及高端負載開關應用。而 NTHD4102P是一款-20 V、-4.1 A雙P溝道ChipFETTM功率MOSFET
，同樣具有較小的占位麵積和極低的導通阻抗，適合於纖薄的便攜應用環境。

具體而言
，采用雙FET的有利因素包括：阻塞反向電流
、允許反向給藍牙配件充電，以及導通阻抗(Rds(on))較低。此外
，對於 MOSFET而言，由於它需要頻繁地進行開關操作，所以其發熱成為一項問題，並且由此影響到它的使用壽命。而在采用雙FET的方案中，MOSFET器件所具備的熱感應等額外功能可以建立熱控製環路，支持快速高效的充電方案和熱保護。

而在用雙FET作為充電功率元件進行500 mA甚至1,800 mA的大電流充電時
，需要注意到許多設計考慮事項，如器件溫度
、溫(wen)度(du)的(de)計(ji)算(suan)過(guo)程(cheng)容(rong)易(yi)出(chu)錯(cuo)等(deng)。不(bu)過(guo)，就(jiu)近(jin)的(de)節(jie)溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)可(ke)以(yi)改(gai)正(zheng)部(bu)分(fen)錯(cuo)誤(wu)，且(qie)準(zhun)確(que)的(de)溫(wen)度(du)調(tiao)節(jie)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)高(gao)效(xiao)的(de)充(chong)電(dian)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。此(ci)外(wai)，還(hai)需(xu)要(yao)針(zhen)對(dui)性(xing)地(di)進(jin)行(xing)設(she)備(bei)熱(re)模(mo)擬(ni)和(he)溫(wen)度(du)感(gan)應(ying)FET評估等工作。

總的來看
，在選擇 MOSFET 作為電池充電電路的充電功率元件時
，我們應注意其電流額定值、擊穿電壓
、柵極閾值及熱性能等。我們可根據不同的 PMIC/PMU 和設計目標

，采用不同的配置。

有效的過壓保護解決方案

根據YD/T 1591-2006標準，手機側充電控製電路應具備過壓保護裝置，也就是在手機充電接口導入直流6 V以上電壓時，如果不能保證安全充電，應啟動保護，在非預期電壓的情況下
，不應出現過熱、燃燒、爆炸以及其它電路損壞的現象，而且恢複後，手機應能正常工作。如圖4所示
，過壓保護(OVP)電路在檢測到過壓故障狀況時
，檢測電路就會將開關打開，使電子負載與電源斷開
，從而使得包括微處理器

、射頻、存儲器和電源管理器件等核心芯片遭受過壓損傷。

在zai為wei手shou機ji充chong電dian電dian路lu提ti供gong過guo壓ya保bao護hu方fang麵mian
，即ji有you分fen立li的de解jie決jue方fang案an，也ye有you集ji成cheng的de解jie決jue方fang案an。在zai分fen立li式shi解jie決jue方fang案an方fang麵mian，其qi中zhong之zhi一yi就jiu是shi考kao慮lv到dao遠yuan高gao於yu6 V的電壓情形，如靜電放電(ESD)，其瞬間的應力電壓可能高達幾千伏甚至十幾千伏
，這種情形下，可以施加瞬態電壓抑製器(TVS)二極管，以此處理瞬變極快的過壓故障。在這方麵，安森美半導體的TVS二極管就非常適用。例如，在擊穿電壓為6.2 V時，安森美半導體的ESD5Z5.0T1.G能在幾納秒時間內就對符合IEC61000-4-2標準的高達30 kV的輸入電壓進行鉗位，且鉗位電壓可高達11.6 V，從而為係統中的關鍵元件提供可靠的ESD保護。

另一種分立型解決方案就是將OVP驅動器與外部P-MOS配合使用。安森美半導體的NCP346就是這樣一個適用的驅動電路
，它能夠承受高達30 V的瞬態電壓。這器件設計用於感測過壓狀況
，並快速地從負載斷開輸入的電壓，從而防止造成損傷。NCP346包含精確的電壓參考
、磁滯比較器、控製邏輯以及MOSFET門驅動器。搭配OVP驅動器與外部P-MOS時，其優點在於精度高、支持Enable引腳
，且下遊係統可與AC-DC完全分離。但它也有其缺陷
，如電流消耗高及解決方案尺寸較大等。

除了這些分立的解決方案
，安森美半導體還推出了全集成的OVP解決方案。這也包括兩種解決方案
，其中一種是針對插牆式AC-DC適配器充電為手機提供高達2 A的電流和高達28 V的故障瞬態電壓的保護，在這方麵，安森美半導體的NCP348就是非常適合的選擇。NCP348支持的牆式適配器和USB充電電流和電壓可分別高達2 A和28 V。它支持Enable和Status /FLAG引腳，並支持6.02和6.4 V的不同過壓鎖定(OVLO)值。其它的優點包括下遊係統可與AC-DC完全隔離和精度高等。此外，它采用極小的2×2.5 mm WDFN封裝
，非常適合小巧的便攜應用。不過，這種方案也有其不足之處，也就是在500 μA電流的休眠模式下，不符合USB規範。這種情況下的解決之道就是采用NCP360和NCP361過壓保護電路。NCP360是一款帶內置PMOS FET和狀態標記的USB正向過壓保護控製器，它能夠在檢測到錯誤的VBUS工作條件時從輸出引腳斷開係統連接。這器件能夠高達20 V的正向過壓保護。由於集成了內部PMOS FET，無需外部元件，從而降低了係統成本，並減少了電路板占用麵積。此外，在旁路設置一個1 μF或更大的電容時，這器件還能夠提供ESD保護輸入(15 kV空氣放電)。NCP361則ze是shi一yi款kuan正zheng向xiang過guo壓ya保bao護hu和he過guo流liu保bao護hu控kong製zhi器qi。它ta不bu僅jin能neng夠gou在zai檢jian測ce到dao輸shu入ru電dian壓ya超chao過guo過guo壓ya閥fa值zhi時shi瞬shun時shi斷duan開kai輸shu出chu連lian接jie
，而er且qie得de益yi於yu其qi過guo流liu保bao護hu能neng力li，其qi集ji成cheng的dePMOS將在充電電流超過電流限製時關閉。

另一種方案針對的就是通過USB端口(VUSB引腳)來充電。這種方案的充電電流為100 mA或500 mA
，休眠模式下的電流為500 μA(NCP360和NCP361)或100 μA(NCP348)。

對於過壓而言，為了避免造成損傷，過壓保護器件的關斷時間必須盡可能地快。值得一指的是，無論是NCP360還是NCP348，與同類產品相比
，其關斷時間都更短。以NCP348為例
，它最長需要5 μs的關斷時間，而在3 V/μs 條件下
，一般隻需要 1.5 μs。而NCP360最長隻需要1.5 μs，一般隻需要0.8 μs。

總的來看
，在為手機充電電路提供過壓保護方麵，集成式OVP是最高效的解決方案，它不僅使得下遊係統可與AC-DC適配器完全隔離，而且 PCB占用空間最小
，並且提供多種功能
，如精度高、支持Enable和Status /FLAG引腳和提供過流保護等。此外，安森美半導體還可為牆式電源適配器與USB充電解決方案提供不同的專用元件，如NCP348
、NCP360和 NCP361等。

本文小結

中國信息產業部強製執行的“YD/T 1591-2006移動通信手持機及接口技術要求和測試方法”標(biao)準(zhun)對(dui)手(shou)機(ji)側(ce)和(he)充(chong)電(dian)器(qi)側(ce)都(dou)提(ti)出(chu)了(le)相(xiang)應(ying)的(de)要(yao)求(qiu)。本(ben)文(wen)重(zhong)點(dian)探(tan)討(tao)了(le)手(shou)機(ji)側(ce)充(chong)電(dian)電(dian)路(lu)的(de)充(chong)電(dian)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)及(ji)過(guo)壓(ya)保(bao)護(hu)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。作(zuo)為(wei)全(quan)球(qiu)領(ling)先(xian)的(de)電(dian)源(yuan)半(ban)導(dao)體(ti)及(ji)電(dian)路(lu)保(bao)護(hu)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)供(gong)應(ying)商(shang)，安(an)森(sen)美(mei)半(ban)導(dao)體(ti)提(ti)供(gong)一(yi)係(xi)列(lie)的(de)高(gao)性(xing)能(neng)充(chong)電(dian)控(kong)製(zhi)和(he)過(guo)壓(ya)保(bao)護(hu)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)，滿(man)足(zu)客(ke)戶(hu)的(de)不(bu)同(tong)需(xu)求(qiu)，幫(bang)助(zhu)客(ke)戶(hu)更(geng)好(hao)地(di)開(kai)發(fa)符(fu)合(he)信(xin)產(chan)部(bu)要(yao)求(qiu)的(de)產(chan)品(pin)
，並(bing)加(jia)快(kuai)上(shang)市(shi)進(jin)程(cheng)。