手机充电原理分析及问题总结

标签： 手机测试工作电信c 2010-08-11 18:05 20510人阅读 评论(10) 收藏 举报 分类： 嵌入式系统硬件（41） （1）充电流程介绍：当充电器插入时，亦即为PMIC充电模块提供了Vcharge电压，这时会产生一个充电中断信号到CPU，通知CPU现在已经进入充电状态。CPU开始启动如下模块： 1，ADC采样，主要是采集Vchrg，Vbat及从MOSFET漏极输出的电压，可以算出充电电压和充电电流； 2，发消息给MMI层，让它显示充电状态及一些采样数据； 3，检测电池电压有没有超过保护电压及电池连接是否连接正确，如果有问题即可通过CHRCTRL切断充电电路； 4，平时显示“充电器没有连接”警告，是因为PMIC的BATDET脚和MOSFET没有打开，从而没有充电电流引起的。 （2）充电状态转换介绍：如果电池电压较低，只是预充的时间稍长一些，最多一两个小时应该可以完成充电！一般电池都有自保护，不会把电放到0V的！         充电分三个过程：预充电、恒流充电、恒压充电
1，当Vbat<3.3V  属于预充阶段，处于预充电状态时，以150mA 电流涓流充电。PMIC不能提供Vcore、Vdd等电压，CPU处于关机状态，这时CPU是不工作的！纯粹是硬件电路充电 2，当3.3V4.2V 进入恒压充电阶段（属于TOPOFF的一个点，如下图），这个阶段电流逐渐变小，电压维持不变！当电流减小到接近为0（或者某个较小阀值）时，CPU发出控制信号这时停止充电！          以状态机的方框图说明如下：                                          （3）一个普通的充电器电路如下：                          一个普通的USB充电图：                                       如上，VBUS是USB供电；VCDT是通过分压电阻测试充电电压的测试点；CHR_LDO跟VDRV共同完成开关切换功能，实现对电池的开关充电（充9S停1S）；IBENBE跟BATSNS完成端电压除以RSENSE测得充电电流；BAT_ON提供电池电压测试。 （4）LED与充电状态的配合实例：       开机后，插入USB充电时显示橙 {MOD}灯，拔掉USB不充电时灭灯，充满电后显示绿灯。充电时，系统在一个线程里面循环检测电量，当电量满置绿灯。需要注意的是，显示绿灯后，就禁止充电了以防止过充。所以在电量变满后，就应该SetCharger(off)，但此时有个矛盾：充电开橙 {MOD}灯的操作在SetCharger(on)中，灭灯的操作在SetCharger(off)中，这样会造成一个BUG：一旦电量满后，关闭充电功能时也会灭灯，这样就搞的橙 {MOD}灯闪了下就灭了，显然这不是我要的效果。       我要的效果是变绿后，除非我拔掉USB线，才会灭灯。所以需要在电满时加标志A，在SetCharger(off)中加判断语句A，跳过灭灯的处理而仅仅关掉充电，同时打开另一个标志B。同时在USB插拔的操作中处理B，表示当灯变绿时，优先处理B，在B后面添加灭灯语句，仅仅处理这一块就可以了。 （5）关于标准USB充电器和非标准USB充电器，是跟USB的插座构造有关的。                                  （6）关于手机充电器的分类        通常情况下，程序中一般有四种充电器设定，分别是：USB HOST，CHARGING HOST，STANDARD CHARGER，NON-STANDARD CHARGER。 如上：USB HOST，CHARGING HOST的差别在于左图，两者用的都是PC的USB口，其中USB HOST居多。STANDARD CHARGER，NON-STANDARD CHARGER差别在于 前者的DP跟DM有短接，后者没有。所以通过对DP/DM的判断，就可以分辨出充电器类别。 （7）关于充电器电气规格的差异         最近碰到一个奇怪的现象。新款手机用5V1A的充电器可以充，用5V500MA的充电器是充不进去电，用PC的USB却是一直可以充。经过打印充电信息的trace发现，是由充电电流的差异引起。AP程序中对充电器的电压下限是4.4V，如果判断充电器电压小于这个值，则AP会自己关掉充电模块。那为什么1A的充电器可以而500MA的充电器不行呢？可以假设前者的内阻比后者的内阻小，那么暂不管真实的充电电流是多少，前者自身分配的压降肯定小于后者自身分配的压降，所以后者最终的充电器供给电压会更低。         以程序中默认的800MA充电时，5V500MA的充电器会被拉低至3.8V，所以AP会认为充电器不正常就关掉自身的充电模块。但是如果是5V1A时，由于充电器内阻较小，就算供电端被拉低也不会低于4.4V，所以它仍然是可以工作的（测得实际充电电流640MA）。        想让手机兼容500MA的充电器，此时需要做个处理：在判断充电器电压小于4.4V时不返回错误，同时将充电电流设定成400MA（对于同一个充电器，充电电流越小，充电器自身压降更小，供给更大），让它仍然可以充电只不过充的会慢点。此时的程序段如下： A，设置一个电流改变标志，默认为FALSE。 static BOOL  CurrentChangeFlag = FALSE;                    B，在设置电流的地方判断该标志，注意：该电流设定是过个时间间隔就循环执行。 if(CurrentChangeFlag == TRUE)
        g_temp_CC_value = Cust_CC_400MA;                              //如果改变，就以400MA充电
else
        g_temp_CC_value = AC_CHARGER_CURRENT;             //如果不改变，就以默认电流800MA充电
C，循环检测充电器电压，并改变电流的程序段： if (BMT_status.charger_vol <= V_CHARGER_MIN )              //充电器电压小于4.4V
 {
          printf("[BATTERY]Charger under voltage!! CurrentChangeFlag=%d ",CurrentChangeFlag);         
          if(CurrentChangeFlag == TRUE) 
          {
                  CurrentChangeFlag = FALSE;
                  leds_battery_no_charging(); //zhangcheng
                  BMT_status.bat_charging_state = CHR_ERROR;
                  return PMU_STATUS_FAIL; 
          }
          CurrentChangeFlag = TRUE;  
} 以上的逻辑是：当第一次检测电流时，充电器默认以800MA充电，此时充电器被拉低。之后进入该条件，接着执行CurrentChangeFlag = TRUE。在上述B中完成设定电流为400MA，如果设定完之后充电器正常的话，就不会再进入这个判断了，充电器持续充电；如果设定400MA之后还是会进入该判断，说明充电器不合格，此时要关掉充电功能，所以执行返回电失败的那段。注意：如果此时客户不管充电电压正确与否，仍然要求继续充电，只需要将if(CurrentChangeFlag == TRUE) 程序段屏蔽掉就行。 （8）电池功能测试中的一些技巧         A， 对于数字电源用数字电源模拟电池，通过其电流值可以知道手机的工作状态，比如电流值为正就是手机耗电的多少；插入外部充电器之后，如果电流值为负，则是手机正在充电。另一方面，对于用数字电源模拟充电器的，通过其电流值就可以知道供给外部的充电电流是多少，如果读数很小说明没有充电。         B，对于电池的温控脚，一般是要接的。如果需要外接温控脚，记住一定要跟电源公地。单独的一个温控脚是不会起作用的。         C，电池的快速放电。很多时候我们需要测试电池低电压时的状况，得到电池低电压是比较缓慢的一个过程。有个好方法就是利用数字电源，电压设置成3V，电流设置成800MA，然后把电源跟电池连接，即可实现电池的快速放电。         D，电池的充电。当我们在没有手机的情况下要对一块电池进行充电，可以用数字电源完成这个功能。设置电源是4.2V，电流要限流在800MA以内，接上对应的电极就可以了，不需要接温控脚。需要注意的是：一开始的充电电流会很大（提示LIMITED），如果不限流会更大，这样会影响电池寿命及安全性。随着电池电压慢慢增高，电流会慢慢变小，直到充满时的0ma左右。最后OFF掉电源，发现电压显示跟电压源之前设定的一样，说明已经充满。 （9）关机充电时低电压警告的状态图                                          关于电池低电压状况的一个说明：很多时候手机因为低电压关机后，只要没有取出电池，手机仍然在消耗电池的电量，这个很容易理解就像接了个未耗电的电阻。这会造成一个现象，电池电量会持续降低，所以再充电时需要冲入一段时间，才会进入正常的充电提示和LED报警提示，之前是不会有任何动作的。 （10）full charging的LOGO显示差别          手机在使用中会碰到这种情况：手机充电画面是动态的进度条，然后到充满一直显示满进度条，结论就是对于满电画面始终可以用同一幅图片；如果动态进度条的满电显示是带闪电标识，真正充满的满电是不带闪电标识，那么在根据电量进行show图片显示时，是要区分100%电量是从累加得到的还是真正的电量充满？所以，下面的程序段完成该功能。 static unsigned int crap = 0;         //一个区别标志  if(capacity == 0)                              //5个图片，分四个档：100/4=25
      show_logo(1);
 else if(capacity == 25)
      show_logo(2);
 else if(capacity == 50)
      show_logo(3);
 else if(capacity == 75)
 { 
       show_logo(4);                         //如果是累加得到100，必然经过该步，置标志
       crap = 1;
 } 
 else if(capacity == 100)
 {
        if(crap == 0)                            //如果是真正的满电，直接显示不带闪电标识的满进度条画面
        {
                show_logo(8);
        }
        else if(crap == 1)             //如果是累加得到的，显示带闪电表示的满进度条画面
        { 
                show_logo(5);
                crap = 0;                    //清标志
        }
 }
 mt65xx_disp_update();        //刷屏 （11）电压跟电量转化的算法 VBAT_TO_PERCENT Batt_VoltToPercent_Table[] = {
 /*BattVolt,BattPercent*/
 {3350,0},
 {3685,10},
 {3746,20},
 {3784,30},
 {3812,40},
 {3858,50},
 {3951,60},
 {4024,70},
 {4124,80},
 {4235,90},
 {4335,100},
};   [cpp] view plain copy

1. UINT32 BattVoltToPercent(UINT16 dwVoltage)  
2. {  
3.     UINT32 m=0;  
4.     UINT32 VBAT1=0,VBAT2=0;  
5.     UINT32 bPercntResult=0,bPercnt1=0,bPercnt2=0;  
6.          
7.     if(dwVoltage<=Batt_VoltToPercent_Table[0].BattVolt)  
8.     {  
9.         bPercntResult = Batt_VoltToPercent_Table[0].BattPercent;  
10.         return bPercntResult;  
11.     }  
12.     else if (dwVoltage>=Batt_VoltToPercent_Table[10].BattVolt)  
13.     {  
14.         bPercntResult = Batt_VoltToPercent_Table[10].BattPercent;  
15.         return bPercntResult;  
16.     }  
17.     else  
18.     {          
19.         VBAT1 = Batt_VoltToPercent_Table[0].BattVolt;  
20.         bPercnt1 = Batt_VoltToPercent_Table[0].BattPercent;  
21.         for(m=1;m<=10;m++)  
22.         {  
23.             if(dwVoltage<=Batt_VoltToPercent_Table[m].BattVolt)  
24.             {  
25.                 VBAT2 = Batt_VoltToPercent_Table[m].BattVolt;  
26.                 bPercnt2 = Batt_VoltToPercent_Table[m].BattPercent;  
27.                 break;  
28.             }  
29.             else  
30.             {  
31.                 VBAT1 = Batt_VoltToPercent_Table[m].BattVolt;  
32.                 bPercnt1 = Batt_VoltToPercent_Table[m].BattPercent;      
33.             }  
34.         }  
35.     }  
36.       
37.     bPercntResult = ( ((dwVoltage-VBAT1)*bPercnt2)+((VBAT2-dwVoltage)*bPercnt1) ) / (VBAT2-VBAT1);      
38.     return bPercntResult;      
39. }  

（12）普通电池的charging iv curve图        电池容量被定义为：用设定的电流把电池放电至设定的电压所给出的电量。也可以说电池容量是：用设定的电流把电池放电至设定的电压所经历的时间和这个电流的乘积。
 如上图，蓝 {MOD}线的是电压变化，黑 {MOD}线是电流变化，横轴是时间轴采样点。可见电池一开始从较低电压充电过程中，是恒流1007ma充电，随着电压升高后面慢慢变成恒压充电，此时充电电流慢慢变小，变小到cut off电流196ma后，充电电流彻底变成0，即充满停止充电。之后，使用电池变成4.07的recharging电压后，只要充电器没有拔出，会继续给电池充电，此时仍是恒压充电，重复前一个过程。         综上，如果测算一个电池的容量，也可采用类似的时间轴跟电流曲线结合面积的算法。比如每隔5分钟读取充电电流，得到的c1,c2，以计算梯形面积的公式，（c1+c2）*（5/60）/2，充电电流是渐渐减小的，当充电电流截止到0，整个计算过程结束。讲这些小面积累加起来，就是电池容量（mah）。 （13）充放电效率  比如一个容量450ma时的电池，能充进去多少，并不意味着能放出那么多，中间有个转化效率的问题。如下一个充放电曲线图，左边电压刻度右边电流刻度，已225ma恒流充电到4.2伏，搁置，再以150ma放电，再搁置。
测试结果
冲进去450ma，释放出来的能量只有388ma时。
参考原文：http://www.52rd.com/Blog/Detail_RD.Blog_xiedaokuang_14124.html