智能电源管理技术--原理简介

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智能电源管理技术--原理简介

一、专业术语
# X2 u3 Y3 z6 G0 A1 U$ ~1 F1 a0 {         1. LDO（Low Dropout Regulator）
. ]. d$ y$ H2 {& ^2 S             低压差线性稳压器
             优点：稳定性好，负载响应快，输出纹波小

              缺点：效率低，输入输出的电压差不能太大

         2. DC-DC（Direct Current to Direct Current）
             直流变直流
             优点：效率高，输入电压范围较宽

              缺点：负载响应比LDO差，输出纹波比LDO大

         3. SDP （标准下行端口）
             这种端口的D+和D-线上具有15千欧的下拉电阻
             限流值为：挂起时2.5mA，连接时100mA，连接并配置为较高功率时为500mA

         4. DCP （专用充电端口）
             这种端口不支持任何数据传输，但能够提供1.5A以上的电流。端口的D+和D-线之间短路，无需枚举。

9 i: ?0 R# B. \         5. CDP （充电下行端口）
             这种端口既支持大电流充电，也支持完全兼容USB2.0的数据传输。
4 K& M9 k! h+ z( }             端口具有D+和D-通信所必需的15千欧下拉电阻，也具有充电器检测阶段切换的内部电路。内部电路允许便携

             设备将CDP与其它类型端口区分开来。

二、PMU开机启动及初始化
         1. PMU开机条件
, k; ]. ?& p, \            （1）ACIN电压由低到高，并达到有效值
8 ^1 r/ J3 h! H* J* X            （2）VBUS电压由低到高，并达到有效值
            （3）长按power键

& c* n; \* f# e5 F: X0 X  A8 Q         2. PMU初始化流程

三、外部电源检测条件及通路选择
         1. ACIN和VBUS检测条件
) @: E# n2 P. l/ t7 {# R            （1）当ACIN < 3.5V时，PMIC认为ACIN不存在；
: l1 D- `0 Q& ?  A; P            （2）当VBUS < 3.5V时，PMIC认为VBUS不存在；
/ |; w! }7 V* @7 a  L3 a) z  w            （3）当ACIN从低升至>3.75V时，PMIC认为ACIN来临；
            （4）当VBUS从低升至>3.75V时，PMIC认为VBUS来临；
3 `, u: A0 S! A  y* k            （5）ACIN或VBUS来临或消失后，PMIC会发出中断；

         2. ACIN和VBUS通路打开和关闭条件
            （1）当ACIN < VBAT + 0.05V时，ACIN path关闭；
6 f  v, [: o+ \: t            （2）当ACIN > VBAT + 0.25V时，表明ACIN可用；
            （3）当VBUS < VBAT + 0.05V时，VBUS path关闭；
# c, b4 `/ ~# l7 ]6 a8 W1 C            （4）当VBUS > VBAT + 0.05V时，VBUS可用；

         3. VBUS限压限流功能
            （1）VBUS限压功能永远有效，并可限流；
            （2）限流档：100/500/900/1500/2000/2500/3000/3500/4000mA

9 `4 p) ~" G* o% V4 J1 N4 J         4. ACIN和VBUS通路选择
            （1）ACIN和VBUS到IPSOUT的通路各有一个regulator，目标为5V；
& s1 {0 `  I, O# P' ~, q            （2）当输入电压 <= 5.06V，IPSOUT = （输入电压 - 60mV）；
            （3）当6.3V > 输入电压 > 5.06V，则IPSOUT = 5.0V；
8 z1 K0 z6 e! R3 p8 r            （4）当输入电压 > 6.3V，IPSOUT = 5.0V，PMIC产生过压中断；
! t% ]: x2 \. l' p' j/ j0 R) ?7 ?            （5）当输入电压 > 7V时，IPSOUT = 5.0V，PMIC直接关机；
            （6）如果ACIN和VBUS都存在且可用，不管电池情况如何，选用ACIN；
$ H0 h. ?7 I: X& B            （7）当ACIN从高到低 < 4.3V时，要马上打开VBUS patch；
8 h' {  v* j1 s+ C, O                    当ACIN重新来临并可用时，PMIC会关闭VBUS并恢复ACIN path；

         5. IPSOUT和BAT的通路选择
3 w2 g  a. L. s2 e+ C7 d& k) e            （1）PMIC监控IPSOUT和BAT的电压高低关系；
3 V5 B2 k5 \( b7 K            （2）当IPSOUT低于VBAT-0.04V时，表明外部电源ACIN或VBUS不能满足系统耗电的需求而导致IPSOUT下

                    降，此时就要打开BAT到IPSOUT的开关；一旦IPSOUT >= VBAT - 0.01V，马上关断此开关；

4 {  O. z& Q* ]  c6 h         6. 各电源通路内阻要求
+ o: {* N. R3 h3 ^            （1）BATSENSE和LOADSENSE之间的电阻，用于监测电池电流，并恒定充电电流；
/ D6 Y9 E( u; s* I( C            （2）BATSENSE/LOADSENSE的拉线一定要尽量靠近采样电阻的两端，并靠近IC管脚；
1 M" \: A- Z+ @+ ?% y+ y            （3）ACIN path内阻要小于0.07ohm（70mΩ）；
" s4 N& l& C0 ~5 p% S            （4）VBUS path内阻要小于0.1ohm（100mΩ）；
            （5）BAT-IPSOUT内阻小于0.03ohm（30mΩ）；

四、PMIC的充电机制
         1. PMIC充电流程
/ Y! D% ?  i1 ^7 i+ ~/ F            （1）PMIC内置2A PWM充电器，可工作在线性充电模式；
2 u; g( J; J1 p. X" @5 v            （2）当VBAT < 2.9V，涓流充电，电流为充电电流设定值的1/10;
            （3）当VBAT > 3.0V，PMIC进入恒流充电，电流为寄存器设定电流；
. [* I7 V% F( H; \5 p) Q3 i2 g, D3 ?            （4）当VBAT > Vrch，且充电电流小于设定电流的10%，结束充电；
  p/ f- k/ P" V/ F+ m" [            （5）当VBAT == Vtarget，则Charger进入恒压模式，
& ^7 d" b& I6 m3 g0 C                     当充电电流减小到设定电流的10%时，充电结束；

, R3 c: H! b0 @; W+ r         2. 充电异常情况处理
            （1）一旦启动预充电模式，PMIC就开启charger timer1，若50分钟以内，PMIC不能从预充电模式进入恒流模

                    式，则PMIC进入电池激活模式，同时发出IRQ，表示电池可能损坏；

            （2）在电池激活模式，charger给电池始终以5mA充电，直至VBAT>Vrch才退出激活模式，若始终达不到此条

                    件，就只有等ACIN和VBUS消失；

五、RDC计算
         1. 电池通路阻抗计算条件
            （1）外部电源可用，并处于充电状态；
            （2）充电电流大于300mA；
            （3）BAT电压在3.5V至4.1V之间；
            （4）充电等待时间足够，默认180秒；

         2. 通路阻抗检测流程
            （1）判断检测条件是否满足；
            （2）记录电池电压和充电电流，取平均值；
' }( L1 I+ I  [3 P& Q; {- L% g            （3）关闭charger并延时，默认3分钟；
0 l! [1 C* w7 u4 s            （4）记录电池电压和电流，取平均值；
            （5）计算RDC值，Rdc = dV/dI；

         3. RDC计算公式推导
            （1）Vbat1 = Ocv + i1*Rdc；
            （2）Ocv = Vbat2 + i2*Rdc;
            （3）Vbat1 - Vbat2 = （i1+i2）* Rdc；
! b6 n( V) V: F4 @7 A$ _; y            （4）Rdc = （Vbat1 - Vbat2）/（i1 + i2） = ΔV/ΔI；

2 |1 y# k  @- f9 e6 U8 s+ J         4. RDC校正
             在非充电状态转为充电状态时，如果检测到基于实时的OCV电量百分比在状态转换前后跳跃大于4%，则启动

             计算RDC校正流程，RDC偏小时，每次增大4step，RDC偏大时，每次减小3step；

六、OCV/库仑计互校过程
         1. 充电状态下的互校过程
' P# p) z/ Z8 D8 d  Z& R            （1）OCV比例大于94%，且库仑计比例小于OCV比例
                      --> 每隔一分钟提升库仑计比例1%，直至99%
            （2）库仑计比例大于94%，且OCV比例小于库仑计比例
                      --> HOLD住库仑计比例，同时HOLD住累加器的值，直至和OCV比例一样
; ^; I' Z3 [9 m. \" ?6 _0 U1 S            （3）OCV比例为100%，且库仑计比例为100%
                      --> HOLD住累加器的值，即库仑计counter的值不发生变化；
; l# D7 p( U) V: s5 t% G            （4）OCV比例为0%，且库仑计比例等于0%
$ y: Q$ m+ I. }" t4 U                      --> 库仑计比例和累加器的值HOLD住为0，直至OCV比例开始大于0%，库仑计一开始正常累计；

          2. 放电状态下的互校过程
+ Q8 L' ^- m) i             （1）OCV比例小于关机报警设置寄存器值+8，同时库仑计比例大于OCV比例
                       --> 每隔1分钟库仑计比例降低1%，累加器一同变更，直至OCV和库仑计相等，

                             之后库仑计比例跟随OCV比例变化
             （2）库仑计比例小于关机报警设置寄存器值+6，同时，OCV比例大于库仑计比例
                       --> HOLD住库仑计比例，同时HOLD住累加器的值，直至OCV和库仑计相等，

                             之后库仑计比例跟随OCV比例变化

七、实际电池容量校正
. `( I$ l/ l0 l* \7 ?( D: C          1. 电池容量和OCV-SOC曲线校正条件
4 _+ F  R, N6 c             （1）RDC正确检测有效
$ U; e9 a. ]7 i. R) O/ j- o             （2）接入外部电源进行充电
+ e5 z+ q4 G& Z7 T             （3）OCV对应的百分比有效且低于关机报警值+3个百分点
             （4）容量校正时，容量校正status flag为0，OCV-SOC曲线校准时，同理

- N/ p, [3 Z$ Q' Z" V6 {. L  {0 {          2. 容量校正流程
             （1）如果OCV比例等于0，则等待直至OCV比例开始大于0
             （2）记录此时OCV电流比例P0及清除库仑计二
9 |" x8 g4 `1 t) Y' V6 a. c             （3）充电到OCV比例大于容量校正结束比利时，记录此时OCV比例Pn，库仑计二的值Qn
9 J, u, {+ w" X( |7 @) M( |             （4）计算实际容量，Qmax = Qn/（Pn - P0）
: ~5 }7 q' x+ u! K$ V" L8 i" A) R             （5）更新电池总容量寄存器

          3. OCV-SOC曲线校正
* Z  K- D/ s; f! [$ L             （1）充电结束，且OCV百分比达到100%
/ ]5 O) \/ e9 m5 ?: t1 \             （2）计算各级OCV对应的电量比：
3 P0 w& @! v8 [# c6 B! L# i                       SOCi = P0 + Qi/Qmax
             （3）完成后，reset SOC-OCV曲线校正status flag
( V) U. [) h" p1 p) t: ~             （4）更新OCV-SOC曲线的32级寄存器

/ l  U' C) |8 U) d1 J$ ^. G

uperrua

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