隨著科技的發(fā)展，各類電子產(chǎn)品逐漸走近我們的生活。大家對電子產(chǎn)品的需求也逐漸從有線電子產(chǎn)品演變?yōu)闊o線電子產(chǎn)品，如無線鼠標(biāo)，無線鍵盤，無線耳機等。

無線電子產(chǎn)品應(yīng)用越來越廣，也伴隨著充電的功能和性能需求越來越強。在各類小型無線電子產(chǎn)品中，線性充電架構(gòu)以簡單可靠、低噪聲、小尺寸、低成本等優(yōu)點，受到最多的青睞。

線性充電定義

線性充電通過線性調(diào)節(jié)器來控制充電電流，使電流直接流經(jīng)調(diào)節(jié)器進入電池。這種方式的優(yōu)點是電路簡單、成本低且噪聲小，適用于小容量電池充電應(yīng)用場景。為增加大家對線性充電的認(rèn)識，本文將介紹線性充電的原理、艾為線性充電的功能性介紹和線性充電的設(shè)計注意事項。

線性充電原理

圖1 艾為線性充電框架圖

線性充電框架圖如圖1，當(dāng)IN端輸入電壓(常規(guī)為5V)，通過Q1A和Q1B管降壓到SYS端。當(dāng)SYS端電壓高于BAT端，可通過軟件打開Q2A管，從SYS端給BAT端電池充電。

圖2 充電曲線

線性充電的充電曲線如圖2，可大致分為：預(yù)充電、恒流充電(CC)、恒壓充電(CV)、充電完成、自動復(fù)充階段。以下將簡單介紹各階段及其特點。

預(yù)充電：在進入充電流程后，芯片會判斷電池電壓。當(dāng)電池電壓小于設(shè)定的VBAT_PRE(兩檔可調(diào)，2.8V/3V)，芯片進入預(yù)充電階段。此時充電電流較小(可調(diào)，1~31mA，2mA/step)，以保護電池在低電量下不會由于大充電電流而誤觸發(fā)保護或壽命衰減。

恒流充電(CC)：當(dāng)芯片判斷電池電壓在VBAT_PRE與VBAT_REG之間時，芯片處于恒流充電階段。此時充電電流較大，最大可配置到500mA。在該階段中，充電電流保持不變，電池電壓逐步上升。

恒壓充電(CV)：當(dāng)芯片判斷電池電壓達到VBAT_REG后，芯片處于恒壓充電階段。此時電池電壓保持不變，充電電流逐漸減小(電流變化過程由電池控制，不受芯片控制)。

充電完成：在恒壓充電階段，當(dāng)充電電流降低至ITERM(可調(diào)，1~31mA，2mA/step)，芯片進入充電完成流程，而后不再對電池充電。

自動復(fù)充：在充電完成后，當(dāng)芯片檢測到跌落至VBAT_REG-VRECH且VIN在位，將觸發(fā)自動復(fù)充機制，自動恢復(fù)充電。

線性充電優(yōu)勢

在很多場景中需要用到線性充電，主要因為它具有以下優(yōu)勢：

01 簡單可靠

1. 電路結(jié)構(gòu)簡單，線性充電芯片通常由較少的電子元件組成，設(shè)計相對簡單，降低了電路的復(fù)雜性和成本。

2. 穩(wěn)定性高，工作過程中沒有復(fù)雜的開關(guān)動作，輸出電壓較為穩(wěn)定，不易產(chǎn)生電磁干擾，對周圍電子設(shè)備的影響較小。

02 低噪聲

1. 運行安靜，在充電過程中不會產(chǎn)生開關(guān)噪聲，特別適用于對噪聲敏感的應(yīng)用場景，如音頻設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備等。

2. 減少干擾，不會干擾其他電子元件的正常工作，保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

03 小尺寸

占用空間小，由于電路簡單，線性充電芯片可以實現(xiàn)小型化設(shè)計，適合集成到空間有限的電子設(shè)備中，如便攜式設(shè)備、可穿戴設(shè)備等。

04 成本效益

與一些復(fù)雜的充電技術(shù)相比，線性充電芯片的成本較低，對于成本敏感的應(yīng)用場景具有很大的吸引力。

艾為線性充電的性能介紹

艾為線性充電芯片不僅能實現(xiàn)對電池的充電，同時還集成各種保護機制和檢測機制。下面以艾為線性充電芯片AW32012CSR為例，簡單介紹艾為線性充電芯片的功能：

電源路徑管理

圖3 電源路徑管理功能圖示

電源路徑管理功能如圖3。當(dāng)VSYS端負載抽電流時，優(yōu)先從VBUS取電，當(dāng)VBUS不足以提供所需電流時，Q2管切換為從電池端補充取電。VBUS在位時，VSYS默認(rèn)有輸出電壓。當(dāng)終端客戶插入適配器后，系統(tǒng)可被立刻打開，在適配器支持系統(tǒng)負載后有額外輸出能力，可以分配到給電池充電。

動態(tài)電源管理

對電源VBUS的跌落保護。為了保證輸入電壓不會跌落到設(shè)定值(0x00寄存器bit7~bit4)，在接近設(shè)定值(約200mV)時，開始降低充電電流以保證VIN電壓不會繼續(xù)跌落。

如果充電電流降低到0，VBUS仍低于設(shè)定值，芯片會降低VSYS電壓。當(dāng)VSYS電壓降低到VBAT-30mV，會進入電池供電模式，VSYS負載電流由VIN和VBAT共同提供。當(dāng)VSYS端負載電流減小，VSYS爬升到>VBAT+20mV，退出電池供電模式。

船運模式

進入船運模式后，切斷VSYS端供電，同時關(guān)閉芯片內(nèi)部分模塊，令I(lǐng)C進入超低功耗模式。保證即使整機遠航運輸或者倉庫長時間保存也不會損失過多電池電量。

NTC保護功能/PCB_OTP保護功能

NTC保護功能

硬件上通過查找NTC電阻表，分別將高低溫度下的電阻值代入到計算公式中即可獲得實際電路中需要的RF1和RF2，只有在這個高低溫度范圍內(nèi)IC會進行充電。軟件上需要將對應(yīng)寄存器位開啟，即打開NTC功能。若觸發(fā)NTC保護，芯片將關(guān)閉Q2管，關(guān)閉充電路徑和電池放電路徑，此時VSYS僅通過VBUS供電。

PCB_OTP保護功能：

原理上與NTC類似。為對PCB的溫度檢測。溫敏電阻設(shè)計在PCB板上。若觸發(fā)PCB_OTP保護，芯片將關(guān)閉Q1B和Q2管，此時VSYS電壓無法供應(yīng)，整機關(guān)機，以防止整板繼續(xù)升溫。

INT中斷引腳功能

復(fù)位功能：

1、長下拉INT引腳可短暫斷開VBAT與VSYS(即Q2管)，使得VSYS系統(tǒng)端電壓掉電重啟。 2、在船運狀態(tài)下，長下拉INT引腳可退出船運。

狀態(tài)指示功能：

芯片在出現(xiàn)VBUS接入狀態(tài)和充電狀態(tài)改變時，或出現(xiàn)以下表格中的異常狀態(tài)時，會產(chǎn)生256us的低電平中斷脈沖輸出。具體異常狀態(tài)如下表：

表1 異常狀態(tài)

表2 異常狀態(tài)

Switch mode模式

在VBAT對VSYS供電狀態(tài)下，進入switch mode，可關(guān)掉部分保護功能，將芯片的靜態(tài)功耗降低至0.7uA(type)以下。

通過VBUS復(fù)位VSYS

在系統(tǒng)主控有宕機風(fēng)險，而由于整機設(shè)計暫無法使用INT引腳復(fù)位VSYS(如未將INT引腳引出作為物理按鍵等場景)時，可通過對AW32012的VBUS發(fā)送一定要求的波形，使VSYS電壓復(fù)位，從而復(fù)位系統(tǒng)主控。

圖4 VBUS復(fù)位VSYS功能圖示

設(shè)計注意事項

關(guān)于線性充電外圍原理圖設(shè)計，注意事項如下：

圖5 線性充電外圍原理圖

關(guān)于線性充電外圍PCB設(shè)計，注意事項如下：

圖6 線性充電外圍PCB設(shè)計

圖7 線性充電原理圖設(shè)計圖示

線性充電應(yīng)用場景及艾為線性充電產(chǎn)品介紹

線性充電應(yīng)用場景

線性充電IC適用于小電池容量的便攜式設(shè)備和可穿戴設(shè)備。如頭戴式/TWS藍牙耳機、藍牙鍵盤、智能手表、智能手環(huán)、智能眼鏡、手寫筆等。

圖8 線性充電IC常見應(yīng)用場景

以智能手表為例，線性充電在整體方案中的應(yīng)用位置如圖7所示。

圖9 智能手表應(yīng)用框架及線性充電應(yīng)用位置

艾為線性充電產(chǎn)品介紹

目前艾為擁有帶路徑管理和不帶路徑管理的線性充電產(chǎn)品，適用于不同的應(yīng)用場景。對于需要路徑管理的充電場景，推薦選用AW32012CSR該款產(chǎn)品。對于不需要路徑管理的充電場景，推薦使用AW32005/AW32006系列產(chǎn)品。

圖10 線性充電IC特色產(chǎn)品

圖11 線性充電IC產(chǎn)品列表

圖12 線性充電IC產(chǎn)品列表

圖13 線性充電IC產(chǎn)品列表