基于CSU8RP3119的移動電源應用

本文介紹了芯海科技有限公司SOC芯片CSU8RP3119應用于移動電源產品的單芯片解決方案。通過使用芯片自帶的兩路高速PWM(16M)和四路高性能ADC(12bit，死區(qū)小于3mV)以及特有的基準源數(shù)字校正專利技術，CSU8RP3119無需外圍其他IC，即可實現(xiàn)效率高達93%的同步整流移動電源，在2.1A輸出條件下，效率仍然高于88%。

一、系統(tǒng)設計

移動電源由充電管理、供電管理、輸入檢測、顯示輸出組成(見下圖)。

二、詳細設計

2.1 PWM控制的充電管理(替代充電管理芯片[TP4056/5056])

根據(jù)鋰離子電池的化學特性，充電過程可以分為預充電，恒流充電、恒壓充電三個階段。CSU8RP3119通過PWM控制的Bulk DC-DC電路，可以對充電過程的電流和電壓進行靈活的控制，滿足不同類型不同容量電池對充電電流和電壓的要求，充分保證了充電過程的安全性和有效性。

2.2 PWM控制供電管理(可實現(xiàn)同步整流，替代外圍DC-DC芯片)

利用CSU8RP3119自身的高速PWM時鐘，并巧妙復用充電過程使用的電感和開關元件，可實現(xiàn)同步整流的Boost DC-DC，放電效率最高達95%，考慮了移動電源系統(tǒng)環(huán)路的寄生電阻之后，綜合放電效率可達93%，即使在放電電流達到2.1A的條件下，效率仍然可以超過88%。

2.3 用數(shù)字校正技術校準內部1.4V基準源 (省掉外部基準源[TL431或HT7533])

CSU8RP3119內置的1.4V基準電壓本身存在偏差，通過采用具有專利保護的數(shù)字校正技術，校正后誤差小于1%。

2.4. 移動電源電池的安全保障

CSU8RP3119為電池的短路及過流提供了硬件級保護機制，當移動電源外部被短路時，芯片的電源監(jiān)測電路會在電池電壓低于2V后，自動關掉所有的輸出通路，確保電池安全。為了防止電池被過充電(例如，4.2V的電池，充電電壓超過4.3V)，CSU8RP3119采用了把電池電壓直接作為Vref，反過來測試內部1.4V基準電壓的方式，不需要外置的分壓電阻，從而避免了因外部電路故障造成誤測的可能性。保障了充電過程的電池安全。除此之外，系統(tǒng)啟動前，及充放電過程中，都將對環(huán)路的反饋機制進行檢測，從而保障系統(tǒng)是在閉環(huán)、安全的條件下運行。

有了以上軟硬件多重保護機制，如果PCB上仍然使用了鋰離子電池保護芯片(例如DW01)，則可以保證鋰離子電池保護芯片的保護機制不被觸發(fā)，從而不需要重新激活。

2.5 被充電設備的安全保障

當被充電設備處于大電流充電狀態(tài)(1A或者2.1A)時，如果充電插口出現(xiàn)接觸不良，有可能會引發(fā)電壓過沖，從而傷害被充電設備，特別是軟件級的DC-DC。CSU8RP3119最高指令速度可以達到8M，一個主循環(huán)的時間經(jīng)過優(yōu)化后，可以控制在200uS以內，從而有效控制了過沖電壓。經(jīng)過測試，1A條件下，過沖電壓不超過6.0V，持續(xù)時間不超過5mS，2A條件下，過沖電壓不超過6.3V，持續(xù)時間不超過5mS，完全滿足手機等被充電設備的安全要求。