智能电源管理技术--原理简介

2019-07-13 22:04发布

一、专业术语
         1. LDO(Low Dropout Regulator)
             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。

         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。
             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
            (1)ACIN电压由低到高,并达到有效值
            (2)VBUS电压由低到高,并达到有效值
            (3)长按power键
         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
            (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;
            (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;
            (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;
            (2)当ACIN > VBAT + 0.25V时,表明ACIN可用;
            (3)当VBUS < VBAT + 0.05V时,VBUS path关闭;
            (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

         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);
            (3)当6.3V > 输入电压 > 5.06V,则IPSOUT = 5.0V;
            (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;
            (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;
            (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;
         6. 各电源通路内阻要求
            (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;
            (3)ACIN path内阻要小于0.07ohm(70mΩ);
            (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
            (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;
            (3)当VBAT > 3.0V,PMIC进入恒流充电,电流为寄存器设定电流;
            (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,
                     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
         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;
            (3)关闭charger并延时,默认3分钟;
            (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;
            (4)Rdc = (Vbat1 - Vbat2)/(i1 + i2) = ΔV/ΔI;

         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
            (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
            (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;
            (4)OCV比例为0%,且库仑计比例等于0%
                      --> 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
             (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
          1. 电池容量和OCV-SOC曲线校正条件
             (1)RDC正确检测有效
             (2)接入外部电源进行充电
             (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
          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
             (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
             (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
             (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
             (4)更新OCV-SOC曲线的32级寄存器