应用于移动电源

ANT2801是高效充电芯片管理器件,此类器件用于广泛的移动电源,平板电脑和其它便携式器件的单节锂离子和锂聚合物电池。 它的低阻抗电源路径对开关模式运行效率进行了优化、减少了电池充电时间并延长了放电阶段的电池寿命。 具有充电和系统设置的 I2C 串行接口使得此器件成为一个真正地灵活解决方案。  

      电源路径管理将系统的电压调节到稍微高于电池电压的水平,但是不会下降到低于 3.5V 最小系统电压(可编程)。 借助于这个特性,即使在电池电量完全耗尽或者电池被拆除时,系统也能保持运行。

     当达到输入电流限值或电压限值时,电源路径管理自动将充电电流减少为 0。 随着系统负载持续增加,电源路径在满足系统电源需求之前将电池放电。 这个补充模式运行防止输入源过载。

      在无需软件控制情况下启动并完成一个充电周期。 它自动检测电池电压并通过三个阶段为电池充电:预充电、恒定电流和恒定电压。 在充电周期的末尾,当充电电流低于在恒定电压阶段中预设定的限值时,充电器自动终止。 当整个电池下降到低于再充电阀值时,充电器将自动启动另外一个充电周期。
 

为了减小面积,所以选择了充放电集成的方案。同时TI的芯片会带来更好的效率和可靠性。

  该芯片主要特征:

采用高压工艺;

.内部集成了4颗MOS,其中一颗用于路径管理,支持同时充放电,一颗用于检测充电电流,剩下2颗N管组成双N结构;

.1.5MHz开关频率:这是为了使用小尺寸电感,因此电感DCR也小,在大电流输出时效率会更好。

  其中采用QFN24封装:尺寸小,但外围还需要搭配很多器件。

.电池充电电压精度±20mV:这个指标很一般。优秀的指标是±2mV。

. 2A充放电效率在88%以上:但实际上移动电源设计中需要外加电感、电流检测电阻、锂电保护等,所以整体效率在3.3V转5V时仅有   81%。2.4A时发热达到100度,达到芯片极限。优秀的芯片可以保证3V转5V在2A时有90%以上的效率,温度在50度以内。

.带I2C接口调节各种阈值;但精度不够。

  对这样的方案会有几个问题:

.无法做输出短路保护,是个严重的问题。外部短路保护性能必然不如芯片内部保护。这是保险公司需要考虑的问题。

.无法实现空载检测,需要外置电流检测电阻并采样判断。

.无法实现电量检测,需要外部电路总之,TI的该款芯片不是移动电源最合适的芯片。

2、ABOV单片机:单片机的选择很多,无非是速度、字长、指令集、存储空间、外部资源等的区别。移动电源中,单片机主要做状态控制、显示、按键响应、电流电压检测、空载检测、过温保护等等。但注意的是单片机绝对不能做电源反馈环路控制。在这点上小米有清醒的认识。但国内诸多移动电源的小公司仍然在铤而走险为降低成本采用所谓的MCU多合一方案。这里只需要说明一点,但由于设计欠考虑,在早期的小米移动电源中发生了无法检测输出空载的情况,在后面会谈到。这都是因为单片机的ADC实际上是无法执行微小电压检测的,失调电压高达几毫伏。 
  
3、空载检测:

  
10mOhm sense电阻做放电电流采样。但这个电阻后来在13年10月底紧急又改为100mOhm。

4、手机智能识别:

 
小米采用TI 的tps2514芯片,很多人误以为这是颗MOS,实际是用于手机智能识别的小芯片。目前移动电源大多数不能智能识别手机类型,只是固定地将D+D-短接或接到2V和2.7V。

  
TPS2513 和 TPS2514 是 USB 专用充电端口 (DCP) 控制器。 一个自动检测特性监控 USB 数据线路电压,并且自动在数据线路上提供正确的电气特征,来在下列专用充电系统配置中为兼容器件充电:分压器 1 DCP,被要求在 D+ 和 D- 线路上分别施加 2V 和 2.7V 电压 分压器 2 DCP,被要求在 D+ 和 D- 线路上分别施加 2.7V 和 2V 电压BC1.2 DCP,被要求将 D+ 线路短接至 D- 线路中国电信标准 YD/T 1591-2009 短接模式,被要求将 D+ 线路短接至 D- 线路D+ 和 D- 线路上的电压均为 1.2V

5、过温保护:

 

过温保护是很多厂家为省成本省掉的。小米算是比较有良心的公司。移动电源虽然便宜,但揣在身上是个炸弹。任何的保护都不为过。

6、采用了4颗 6mOhm 的MOS:

 
小米在用料上还是舍得花钱的,要知道每颗MOS需要几毛钱人民币。

7、电池保护:

 
采用了1颗锂电保护芯片、2颗MOS和一个10mOhm熔丝做保护。标准的电池保护方式。这也是因为小米选用的TI芯片不能做完善的电池保护所致。优秀的芯片是可以对电池进行全方位防护的,甚至不需要再另加电池保护。

8、LG电芯:小米采用的是传统的锂电池电芯,而非更好的聚合物电芯。当然是成本的考虑。他们也是需要在成本和用户体验上权衡的。毕竟LG愿意贴给小米。

9、铝外壳:小米是个懂得营销的公司。时尚不时尚,长得时尚最重要。当然散热也绝对是一个重要的考虑。

10 、4颗LED灯显示电量

 
小米的电量显示确实不上档次。这和成本预算应该有关系。另外想把板子做小,加个液晶屏也不合适。但四颗LED灯确实又不符合小米想体现的科技感。面积、成本和用户体验是个艰难的平衡过程。真正致命的不是寒碜的问题,小米对于电量检测采用的是最简单的电池电压检测。如果瞬间插入适配器或手机可能会导致灯来回跳。目前小米产品的显示方式还在改进。

11、散热片

  
没有这块小小的散热片,产品会非常烫。即使如此,也只敢让电池工作到3.3V就停止放电。要知道再进一步下降到3V甚至2.8V时,都会不自信。

12、0402电阻

 
手机电阻用在移动电源上就是为了让板子看起来小。该方案采用的元件颗数并不少,差点就摆不下去了。优秀的方案只需要10几个元件。

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