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支持無(wú)線充電和USBPD的電源管理IC-ROHM BD99954開(kāi)發(fā)板評(píng)測(cè)

無(wú)線充電 USBPD 電源管理IC ROHM BD99954 開(kāi)發(fā)板

2022-03-12
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作者：21ic
來(lái)源：21ic

[導(dǎo)讀]
最近移動(dòng)設(shè)備已實(shí)現(xiàn)可高達(dá)100W充電，采用USB PD的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越多。同時(shí)采用有線充電加無(wú)線充電(無(wú)線供電)兩種充電方式的趨勢(shì)也有增無(wú)減。然而，要滿足USB PD這類的大范圍功率需求和同時(shí)采用兩種充電方式，需要再增加充電IC和外置部件，并通過(guò)微控制器來(lái)控制充電切換，這些在工程實(shí)踐中復(fù)雜度與成本都會(huì)帶來(lái)不小的壓力。為應(yīng)對(duì)這些問(wèn)題，ROHM新推出了一款電池充電IC：BD99954GW/MWV。此款芯片支持USB PD和無(wú)線充電，還可以通過(guò)OTP一次寫入默認(rèn)配置，當(dāng)作無(wú)源片直接使用，非常有助于創(chuàng)建更便捷的充電環(huán)境。

概覽

近年來(lái)，筆記本電腦等移動(dòng)設(shè)備已實(shí)現(xiàn)可高達(dá)100W充電，采用可使充電連接器通用化的USB PD的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越多。另外，同時(shí)采用有線充電加無(wú)線充電(無(wú)線供電)兩種充電方式的趨勢(shì)也有增無(wú)減。然而，要滿足USB PD這類的大范圍功率需求，例如要想從5V的充電器向2節(jié)電池(=8.4V)充電，系統(tǒng)必須添加升壓功能。另外，同時(shí)采用兩種充電方式，需要再增加充電IC和外置部件，并通過(guò)微控制器來(lái)控制充電切換，這些在工程實(shí)踐中復(fù)雜度與成本都會(huì)帶來(lái)不小的壓力。

應(yīng)對(duì)這些問(wèn)題，ROHM新推出了一款電池充電IC：BD99954GW/MWV。該芯片以1-4節(jié)電池為對(duì)象，利用升降壓控制生成3.07-19.2V的充電電壓，同時(shí)支持最先進(jìn)的USB PD系統(tǒng)的電池充電IC。實(shí)現(xiàn)ROHM獨(dú)創(chuàng)、業(yè)界首發(fā)的充電系統(tǒng)雙輸入功能，且搭載充電適配器判定功能，無(wú)需微控制器控制即可進(jìn)行充電切換。另外，不僅支持USB PD標(biāo)準(zhǔn)，還支持當(dāng)今最普及的USB BC1.2充電標(biāo)準(zhǔn)。可輕松實(shí)現(xiàn)USB充電、無(wú)線供電、AC適配器充電等充電方式，非常有助于創(chuàng)建更便捷的充電環(huán)境。

隨著無(wú)線充電技術(shù)漸漸普及，大多數(shù)現(xiàn)代的充電器需要兼容有線無(wú)線兩種輸入源。這樣的電路使用BD99954來(lái)搭建，可以省去傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中的切換電路：

圖使用BD99954來(lái)設(shè)計(jì)雙輸入電源

BD99954GW、BD99954MWV具有以下兩個(gè)特點(diǎn)，非常有助于創(chuàng)建更便捷的充電環(huán)境：

(1)業(yè)界首創(chuàng)支持雙系統(tǒng)充電。雙輸入方式，使兩種充電方式的導(dǎo)入更容易。而且還搭載充電適配器判定功能，無(wú)需微控制器即可進(jìn)行充電切換。雙輸入充電系統(tǒng)無(wú)需搭載并調(diào)整(充電路徑切換、防止電流逆流)單獨(dú)處理時(shí)所需的外置部件、晶體管和電阻器，不僅安裝面積更小，還有利于大大減輕設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)。

(2)升降壓控制，支持最先進(jìn)的USB PD系統(tǒng)。利用升降壓控制，從5-20V(USB PD的最大電壓)中的任意電壓均可生成電池充電所需的充電電壓。例如，進(jìn)行2節(jié)電池(=8.4V)的充電時(shí)，20V輸入時(shí)可降壓后進(jìn)行8.4V充電，5V輸入時(shí)可升壓后進(jìn)行8.4V充電。

另外，關(guān)于USB充電標(biāo)準(zhǔn)，不僅支持USB PD，還支持當(dāng)前最普及的USB BC1.2，因此可支持從以往的USB充電到USB PD充電的多種充電方式。本文利用ROHM公司為該芯片開(kāi)發(fā)的評(píng)測(cè)板: BD99954MWV Evaluation Kit對(duì)這個(gè)芯片的功能做一個(gè)評(píng)測(cè)，探索一下其使用方法與功能上的一些特色。

首先看看該BD99954開(kāi)發(fā)板：

圖開(kāi)發(fā)板及其主要組成部分

注意，拿到的BD99954開(kāi)發(fā)板為工程樣品，所以有飛線的情況，實(shí)際上不影響對(duì)該芯片的功能評(píng)測(cè)。

硬件

原理圖

圖原理圖1(主要電路)

圖原理圖2(USB轉(zhuǎn)I2C部分)

因?yàn)榉直媛实膯?wèn)題，原理圖在頁(yè)面上顯示的不是很清楚，感興趣的同學(xué)可以在文末的參考資源中找pdf格式文件進(jìn)行查看。

整個(gè)原理圖比較簡(jiǎn)單，沒(méi)有什么好說(shuō)的。主要組成部分就是兩個(gè)芯片(BD99954+FT232HL)和一些無(wú)源器件。其中FT232HL是用來(lái)跟PC上的軟件通信用的，所以整個(gè)開(kāi)發(fā)板主要就是BD99954與無(wú)源器件。由此也可以看出BD99954集成度較高。

芯片

下面從芯片方面來(lái)分析一下此芯片，先看典型應(yīng)用圖：

圖 BD99954典型應(yīng)用圖

再看芯片內(nèi)部框圖：

圖 BD99954內(nèi)部框圖

從以上兩圖可見(jiàn)該芯片集成了電源管理電路中的一些常用單元，使最終的電路大大簡(jiǎn)化。

雙輸入自動(dòng)切換

比如兩個(gè)輸入源如果要切換，以往的設(shè)計(jì)：

圖以往的雙輸入切換需要增加額外的切換電路

如果同樣的功能使用BD99954來(lái)設(shè)計(jì)，則可大大簡(jiǎn)化，上圖中的切換FET與電組可以省去：

圖使用BD99954設(shè)計(jì)的雙輸入切換

充電曲線

圖充電曲線

其中System Voltage為系統(tǒng)工作電壓，如果電池電壓低于該電壓那么首先要使用涓流與預(yù)充模式將電池充到該電壓。之后增加充電電流進(jìn)入快充恒流模式，將電池充到預(yù)設(shè)的滿充電壓。此時(shí)電池并未充滿，此時(shí)進(jìn)入快充恒壓模式直至電池電壓是設(shè)置的VBAT的1.15倍即停止充電。此時(shí)電池可以認(rèn)為被充滿。上述的這些參數(shù)都可以通過(guò)I2C總線進(jìn)行設(shè)置。此外為防止電池過(guò)熱，芯片還可以通過(guò)電池的溫度檢測(cè)端對(duì)電池進(jìn)行溫度監(jiān)控.溫度過(guò)高時(shí)電流減半，電壓按照三檔設(shè)置的電壓進(jìn)行按溫度輸出。

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