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
3 @2 j* B: \3 A* b$ Z9 U* N9 Z         1. LDO（Low Dropout Regulator）
$ f6 g' P+ }; _* ?3 @             低压差线性稳压器
8 L, n$ N, @1 @             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）
* e* J+ b( h  M. ~' l$ b             直流变直流
7 j! P" l/ Z/ w9 C. K             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）
8 Z% @/ H2 Y6 Y5 Y7 s6 Z1 B6 U             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。

6 f4 R, _4 Y2 ]) b3 p# E         5. CDP （充电下行端口）
# H( r: e& k* _, B! B             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。
             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
9 e- V1 Q, E2 w4 G         1. PMU开机条件
3 A. n8 G' Y. F# E9 \            （1）ACIN电压由低到高，并达到有效值
* T  W9 b& j) z  [            （2）VBUS电压由低到高，并达到有效值
& R' G$ l% F4 @# F8 N0 y7 j' ^            （3）长按power键

& Y% ]  r: @* j2 o         2. PMU初始化流程

三、外部电源检测条件及通路选择
) y& G2 T' G7 u- f+ n( L) q         1. ACIN和VBUS检测条件
- ^1 k' t/ |! |" X3 A$ p( b9 }            （1）当ACIN < 3.5V时，PMIC认为ACIN不存在；
            （2）当VBUS < 3.5V时，PMIC认为VBUS不存在；
  G* \2 n% W3 G* K, u            （3）当ACIN从低升至>3.75V时，PMIC认为ACIN来临；
- w, h9 ?4 S9 S0 ^7 V. c( \            （4）当VBUS从低升至>3.75V时，PMIC认为VBUS来临；
( {2 H; |6 ^4 G- Y& g! z# \" N            （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；
' V6 e0 H& X6 T6 p- x$ `" I' o# b# q            （2）当ACIN > VBAT + 0.25V时，表明ACIN可用；
4 k, ~# f% _6 `" f" A) r! D            （3）当VBUS < VBAT + 0.05V时，VBUS path关闭；
/ A3 {3 a4 v5 u, p: {5 A            （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；
- l+ K9 M5 f$ Y0 R* n            （2）限流档：100/500/900/1500/2000/2500/3000/3500/4000mA

! v* _3 M4 p+ }2 p& A! h1 ?         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；
            （2）当输入电压 <= 5.06V，IPSOUT = （输入电压 - 60mV）；
: F0 F) Y' U  Q. s9 s3 q            （3）当6.3V > 输入电压 > 5.06V，则IPSOUT = 5.0V；
4 d' W, ^! g5 _$ {            （4）当输入电压 > 6.3V，IPSOUT = 5.0V，PMIC产生过压中断；
            （5）当输入电压 > 7V时，IPSOUT = 5.0V，PMIC直接关机；
/ ]4 u" J$ w9 g3 A; W" g& H            （6）如果ACIN和VBUS都存在且可用，不管电池情况如何，选用ACIN；
            （7）当ACIN从高到低 < 4.3V时，要马上打开VBUS patch；
                    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
            （1）PMIC监控IPSOUT和BAT的电压高低关系；
. e% Z+ y9 J3 x+ K/ x" N% F            （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；

1 h1 ^, U5 r6 n* x         6. 各电源通路内阻要求
1 X8 h$ B* |/ j. ^$ A3 M            （1）BATSENSE和LOADSENSE之间的电阻，用于监测电池电流，并恒定充电电流；
            （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；
6 v% ?/ k" Q' t4 f& D% Z0 |            （3）ACIN path内阻要小于0.07ohm（70mΩ）；
            （4）VBUS path内阻要小于0.1ohm（100mΩ）；
* K3 }6 I" L+ [& K            （5）BAT-IPSOUT内阻小于0.03ohm（30mΩ）；

四、PMIC的充电机制
4 D9 z8 ~$ O1 v& c2 i1 \         1. PMIC充电流程
4 `% ]4 f8 y5 f3 m& r: w            （1）PMIC内置2A PWM充电器，可工作在线性充电模式；
            （2）当VBAT < 2.9V，涓流充电，电流为充电电流设定值的1/10;
0 l. I: I) H0 }4 A! ?( \) [            （3）当VBAT > 3.0V，PMIC进入恒流充电，电流为寄存器设定电流；
" v9 K8 b& Y8 k4 n            （4）当VBAT > Vrch，且充电电流小于设定电流的10%，结束充电；
            （5）当VBAT == Vtarget，则Charger进入恒压模式，
9 \, e3 L5 \/ C3 H                     当充电电流减小到设定电流的10%时，充电结束；

         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
* I. j% s, J- L, q1 q! w         1. 电池通路阻抗计算条件
. L. Y7 v5 j. Q, J            （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
2 i5 s: `7 @& {0 j% p/ [8 }            （1）判断检测条件是否满足；
/ m4 m( V2 O7 e' P7 t. G% o            （2）记录电池电压和充电电流，取平均值；
% C# U! y* }# p3 O; d8 v            （3）关闭charger并延时，默认3分钟；
& f$ Q2 e. U3 T6 M            （4）记录电池电压和电流，取平均值；
- G. Q8 @+ U0 l' U% w" k0 r$ z            （5）计算RDC值，Rdc = dV/dI；

         3. RDC计算公式推导
3 J/ v7 Y$ [( B- P! w& _1 j$ E            （1）Vbat1 = Ocv + i1*Rdc；
/ o, l# S( Z! R7 U4 I1 P3 p( t! h            （2）Ocv = Vbat2 + i2*Rdc;
+ k- E, g: g6 |7 b$ N- x: ]8 w            （3）Vbat1 - Vbat2 = （i1+i2）* Rdc；
& j8 i  B5 m, w/ K: f/ ~            （4）Rdc = （Vbat1 - Vbat2）/（i1 + i2） = ΔV/ΔI；

7 i# m! X: w& |3 i% ^# T         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
7 y3 w& [3 S; S2 n  j; g         1. 充电状态下的互校过程
/ k4 A- M% [+ W- z& x  U            （1）OCV比例大于94%，且库仑计比例小于OCV比例
, E' S% m& e, `7 S7 s* `( o                      --> 每隔一分钟提升库仑计比例1%，直至99%
1 Y2 I7 ]+ w: l! w( U+ l" b/ i            （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
. s" \, h* r5 o& c" O- L. w            （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；
1 N- _' n7 P' \" g            （4）OCV比例为0%，且库仑计比例等于0%
) N" M7 w' Q+ J+ T+ ~3 m1 H, |                      --> 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
; L: f' G# b" Y( Z& ^  [) S- s             （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
1 E1 z6 h1 V, d  ]  G                       --> 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
5 F" h+ U$ L4 }+ H                       --> 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
          1. 电池容量和OCV-SOC曲线校正条件
             （1）RDC正确检测有效
. Z. U4 _1 ~7 s1 {% v; r             （2）接入外部电源进行充电
9 C8 g: n" T7 }$ }             （3）OCV对应的百分比有效且低于关机报警值+3个百分点
+ [' M% R4 M- f3 q+ R7 }             （4）容量校正时，容量校正status flag为0，OCV-SOC曲线校准时，同理

          2. 容量校正流程
% U+ @  X2 x9 i8 L             （1）如果OCV比例等于0，则等待直至OCV比例开始大于0
2 M4 `  p5 T5 F+ O" W             （2）记录此时OCV电流比例P0及清除库仑计二
             （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
6 D9 R, ?" _7 N2 [             （4）计算实际容量，Qmax = Qn/（Pn - P0）
             （5）更新电池总容量寄存器

          3. OCV-SOC曲线校正
" X+ H8 y+ s- H( }3 z, `2 s& E             （1）充电结束，且OCV百分比达到100%
             （2）计算各级OCV对应的电量比：
                       SOCi = P0 + Qi/Qmax
             （3）完成后，reset SOC-OCV曲线校正status flag
$ V9 ~  @( }+ U1 q0 h             （4）更新OCV-SOC曲线的32级寄存器

uperrua

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