【学习笔记】摆一摆手机充电中的Buck Charger

在电源设计中,Buck电路非常常见,在手机充电的场景中,Buck电路与传统相比有哪些不同,下面的电路图可以直观体现。


可见,在充电的应用场景下,输入电压端增加了一个MOS管,主要起到防倒灌的作用,可以阻断电池向输入端的电流流向。如果没有防倒灌MOS,输入端对地短路将会导致电池的过流保护,甚至会烧毁芯片。

再者,由于Buck Charger通常连接在电流适配器的后级,因此,与传统的Buck电路在不触发限流的条件下优先保证输出不同,其在不触发限流条件下优先保证输入源的稳定,防止断充。
常见的充电结构分为传统Charger和带NVDC(Narrow Voltage DC)路径管理Charger两种。


NVDC结构与传统方案相比增加了一个BATFET管,因此系统电压可以不等于电池电压;同时可以将电池和系统断开,降低电池待机功耗;电池充满后,系统可以由适配器供电,不用对电池反复充放电。

以MP2731这一款带NVDC路径管理的Buck Charger为例,其具有以下几种工作模式:
1、当电池处于深度放电状态(Vbat<Vsys_min),NVDC充电管理将输出一个稳定的最低系统工作电压。当充电使能时,BATFET将会运行在线性模式下(LDO mode),此时充电IC输出的Vsys电压将会比设定的最小系统电压高Vtrack,当电池电压上升到比最小系统电压高时,BATFET将完全导通;当禁止充电时,电池电压上升到比最小系统电压高时,BATFET仍工作在LDO mode。


2、具有动态电源管理(DPM)和补电模式;

如果输入功率足够,电池充电过程分为四段:


(1)激活充电模式(Trickle charge),当电池电压小于2V,此时充电电流很小,约为几十mA,这个阶段主要是激活深度放电的电池包,BATFET工作在LDO模式;
(2)预充电模式(Pre-charge),当电池电压高于预充电门限值时工作在此模式下,充电电流可以根据电池包容量的大小进行设置,BATFET仍工作在LDO模式;
(3)恒流充电模式(CC),当电池电压超过预充电最大值,但尚未到达充满电压时,充电IC工作在恒流充电模式,此时充电电流最大。由系统最低电压与当前电池电压的差值决定控制电池充电MOS的工作状态,当电池电压小于系统电压时,BATFET工作在LDO模式;当电池电压大于系统电压时,BATFET完全导通;
(4)恒压充电模式(CV),当电池电压达到满充电压时,充电电流逐渐减小,当小于预设的充电截止电流时,经过延迟时间,充电完毕,结束充电(EOC)。