BQ24196典型电路.docx
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BQ24196典型电路
BQ24196典型电路
（BQ24196典型电路）
版本修改记录
版本
日期
作者
审核
批准
说明
0.0
2014.01.20
周辉煌
初稿发布
0.1
2016.04.08
杨波
VBAT_RST与VPH_PWR间加二极管，改善VBAT端抗浪涌能力。
0.2
2016.5.04
杨波
针对平台电量计方案增加充电使能延时电路。
典型电路名称：
BQ24196典型电路
典型电路编号：
XXXX
典型电路成熟度：
初次使用
1、电路功能及在系统中的应用位置
该电路主要用来给电池充电，以及给系统供电。
此IC带有路径管理功能，在充电的同时可以给电池充电。
可以实现在无电池或者电池电压很低的状态下也可以开机。
2、电路具体规格
详细描述电路的输入输出特性及电源情况
1、电源定义及电气特性
参数名称
参数值
最大输入耐压值
20V
OVP电压值
20V
充电器正常工作电压
3.9V~17V
DPM电压点
3.88-5.08V
输入限流
100mA、150mA、500mA、900mA、1.2A、1.5A、2A、3A
开关频率
1.5MHz
充电电压调节
3.5-4.4V
MinSystemVoltageLimit
Range：
3-3.7V
RechargeThreshold
100mV、300mV（可选）
Itricklechg
100mA
Ipre-charge
Range：
128-2048mA
Ifast-charge
Range：
512-2496mA
弱电池电压点
2.8V、3.0V（可选）
恒压截止电流
Range：
128-2048mA
涓流充电电压点
1.8V
OTG
电压：
5V输出电流：
0.5A、1.3A（可选）
2、性能指标
BQ24196支持高电压输入，从参数上看支持最大支持17V的输入，高压输入可以减小输入电流，减少USB的损耗，从而支持更大电流的充电。
DC-DC充电IC其主要的性能指标关注其效率，对于BUCK，当输出电压固定时，其效率随着输入电压的增高而逐渐降低，随充电电流的增大效率也会有所下降，其效率影响因素较多，通过实际测试，其效率在普通的5V充电时，效率普遍在90%左右，满足智能机大电流充电需求。
另外，BQ24196支持OTG，通过实际测试，其效率在输出5V，1A时达到了90%。
3、电路优缺点分析及其与其它同功能方案的比较
ａ、阐述电路的优缺点；ｂ、如果同功能的电路有几种方案，请在此说明几种方案电路的对比
BQ24196是TI公司设计的一款标称2.5A充电电流的充电IC。
它包含温度检测电路、充电电流调节模块、充电电压调节模块、通信指示模块等等。
下面介绍其功能点：
1 路径管理功能。
其充电电流控制模块与SystemOutput是分开的。
这样的好处在电池电压非常低时，系统可以先运行起来。
2 自适应功能。
它可以自动检测Vbus脚的电压是否跌落到预设电压以下，根据跌落情况自动减小电流。
BQ24196自适应电压可选范围：
3.88V-5.08V。
在大电流充电时，为了避免误触发，最好选择4.36V档位。
3 支持OTG功能。
OTGboost电路与充电buck共用相同的外部元器件，实现boost勿需额外增加其它的器件。
且输出电流大小有两个档位选择：
0.5A、1.3A。
4 支持BC1.2充电规范。
5 所有的外部控制引脚都有对应的寄存器bit，控制非常方便。
6 温度检测。
TS脚连接到内部的温度比较电路，可以区分出cold、cool、warm、hot四个区间。
支持两路温度检测。
使用更灵活。
7 电池检测。
可以通过VBATT脚实现电池是否存在的检测。
8 HIZ状态：
可以断开充电器与buck电路的连接，此特性在使用USB接口校准的平台上非常有用。
在高通平台校准时会使用USB口来进行通信，但是又不希望使用USB口的电源给系统供电（因为其电源纹波大），而是使用电池给系统供电，此时就需要使用到IC的suspend特性实现此目的。
下面是BQ24196与SMB358的比较。
指标
BQ24196
SMB358
备注
输入最大耐压
20V
20V
相同
工作温度
-40~85℃
-30~85℃
满足要求
输入工作电压范围
3.9~17V
4.35~6.2V
满足要求
V
3.6V
3.6
满足要求
V
18V
6.4
满足要求
输入电流
3A
2A
满足要求
快充电流
512~2496mA
200~2000mA
满足要求
最大放电电流
9A
/
/
充电MOS管内阻RON（BAT-SYS）
Type：
12
MAX：
15
40
TI的比SUMMIT的小两倍多，效率、发热要比SMB358好很多
电池电压编程范围
3.5~4.4V
3.5~4.5V
满足要求
Pre-chargetofastchargethreshold
2.8V、3V（可选）
2.3~3V
满足要求
Pr-chargecurrent
Range：
128-2048mA
150、250、350、450mA
满足要求
Tricklechargetopre-chargethreshold
1.8V
2.1V
满足要求
Tricklechargemodechargecurrent
100mA
25mA
TI的要大
TerminationCurrentThreshold
Range：
128-2048mA
30~200mA
满足要求
Rechargethresholdvoltage
100mV、300mV
50、100、200、300mV
满足要求
自适应电压
3.88-5.08V
4.25、4.5V
TI可选范围要多
OTG功能
支持
支持
满足要求
充电电流
不能获取
可以获取
Ti的chargerIC读不到充电电流
BQ24196效率测试结果：
4、关键信号测试
下图为PMID的波形图2.5A输出（黄色为PMID电压波形、红色为Isw电流波形）
下图为FIND7插入2A适配器时PMID的波形
另外：
SM358充电IC的VDD_CAP引脚在充电过程中对地短路后，会损坏IC，导致该路无输出，从而导致无法充电。
在相同情况下将BQ24196的REGN对地短路后，BQ24196停止充电，松开后能自行恢复充电。
下图为REGN对地短路及松开后的波形。
三、电路原理分析及参数计算
1、给出电路的功能框图，对电路的总体实现结构和原理进行详细说明。
（对于简单的电路，这一条可以不填
2、对电路的详细实现原理进行详细说明。
3、对电路中使用的器件的参数进行设计推导。
4、对电路要求的各个关键参数的实现情况进行详细说明（包括必要的计算、容限、仿真分析等）。
1、原理分析：
下面的分析都基于上面的框图来进行。
BUCK电路由框图中蓝色编号标出的元器件组成，其工作原理在这儿就不再多述。
CONVERTERCONTROL模块用来调节充电器输入的电流限制。
OTG电路使用与BUCK电路相同的器件，唯一不同的就是如上图红色部分所示，此二极管并非普通的寄生二极管，而是使用特殊工艺制作的可以承受大电流的二极管，boost电路的原理这里也不再多述。
VSYS与VBATT通过内部的MOS-Q4相连。
充电电流的调节是通过Q4GateControl模块控制内部MOS-Q4管的导通电阻来实现，另外该MOS-Q4可以通过专门的寄存器控制打开跟关断。
TS1、TS2脚用来检测电池温度，BQ24196将温度分成cold/cool/warm/hot四个区间，通过选择外接电阻的大小和寄存器设置不同Gamma值来确定这四个区间的边界。
如果使用平台自身的温度检测电路，则我们可以将此脚接一个固定的分压，比如50%，这样在我们使用平台温度检测电路时，BQ24196的Therm检测就不会造成任何影响。
ILIM是用于设置USBIN的最大输入电流，通过外接电阻Rilim来设置电流大小：
Iinmax=（1V/Rilim）x530，该USBIN的最大输入电流也可以通过寄存器REG00[2:
0]设置。
最终决定该最大输入电流大小取上述两个值的最小值。
比如Ilimt设置的是3A，而通过寄存器REG00[2:
0]设置设置为2A，那么最终的最大输入电流为2A。
因此在设计的时候应该将ILIM的值设置的大些。
OTG、PSEL配合使用配置Inputcurrentlimit。
OTG脚还是OTG功能的硬件使能脚（高电平有效）。
PSEL用于适配器类型识别，HIGH为USBhost，LOW为adaptersource。
2、参数计算：
1：
确定电感值
TI推荐使用2.2uH或是1uH电感（根据适配器电压不同选），经过与TI确认以及根据优选库和性价比选择1uH2.7A的电感看是否符合需求
电感
将
=2A，VOUT=3.5V，VIN=5V，L=1uH，f=1.5MHz
代入得到
=2350mA,故电感选型满足要求
2：
输出电容的确定
根据规格书上描述，当LC的谐振频率在20-80KHz时会获得较好的环路稳定性
L=1.0uH,
=20-80kHz代入可得C=4.7uF-47uF
根据性价比和输出纹波需求，选择1颗22uF6.3V的输出电容合适
3：
PMID输出电容的确定
PMID引脚的电容是BUCK电路输入端的旁路电容，该电容比较关键，规格书上推荐使用6.8uF的电容，对于不使用OVP的项目，如果直接将USB的VBUS接到BQ24196的输入端，PMID可能会得到20V的电压，因此PMID引脚处的电容必须使用耐压25V的陶瓷电容，对于使用了OVP的项目，根据OVP的保护电压点选择合适的电容。
13077使用了Vovlo为6.8V的OVP，根据该参数以及优选库只有选用10V105的电容比较合适，如果选择4.7uf的电容会有面积过大的问题，不方便布局，因此考虑使用使用2颗10V105的电容（与TI确认过）。
4：
VBAT浪涌改善
为改善VBAT抗浪涌能力，在VBAT_RST与VPH_PWR间加一个二极管，当浪涌测试时VBAT上的电荷能迅速转移到VPH_PWR电容上。
同时由于VPH_PWR不存在放电路径，把原来VBAT上的稳压管移动VPH_PWR上，确保VPH_PWR上器件的安全。
D2000规格要求较高，在空间及价格考虑之后，目前验证8040275这颗二级管表现较为稳定，推荐使用。
原则上规格越高越好，若要使用其它二极管时，务必确认好规格要在D2000之后
前向电流：
1.4A（Tsp≤130°C）
前向峰值电流：
5A（T=16mS,方波,50%Duty）
反向恢复时间：
3nS（IF=0.5A,IR=0.5A,IRR=0.1A,T=25°C）
5.充电器开机充电使能延时
出于成本考虑，部份项目使用平台自带电量计或者电压型电量计。
这类电量计在开机时需要读取电池OCV，用于估算初始电量。
BQ24196充电器接入后默认打开充电。
当插充电器开机时，charger默认开启充电会对电量计OCV的读取带来较大的误差。
为了准确获取电池OCV，需要给BQ24196加使能延时电路，
下图中参数为PM8916平台上电量计设计，由于每个平台读取OCV的时间点不尽相同，需要根据平台调节延时时间。
C3004建议选择10V耐压电容，因为Vregn在5V充电时大概为4.8V左右，并且会随着输入电压升高而升高。
四、PCB设计要点
1、充电通路因为是经过大电流，要加粗走线，至少保证80mil（按2A设计时）以上，而且走线要尽量的短；（如上图绿色线为充电大电流路径）
2、输入电容必须靠近输入脚放置；
3、PMID电容必须靠近引脚放置；
4、输出电容必须靠近引脚放置；
5、每个地脚要打至少3个过孔到主地。
6、VBATT脚是BQ24196用来检测电池电压的，因此其走线需要尽量靠近电池端。
对于带复位功能的电路，从复位MOS管处引线。
对于不带复位功能的电路，直接从电池座引线。
7、DC-DC布局和走线要遵循回路最小原则。
8、D2000通路走线建议1mm以上，走线要尽量短。
在VBAT端进行160V浪涌测试时，D2000瞬间电流峰值可达45A。
D2000布局时，要尽量接在复位PMOSFET输出端，同时以最短的路径从二级管阴极连接到VPH_PWR主干线，最好是有大量电容的地方，D2001阴极要与D2000阴极连接同一个位置。
为了VPH_PWR上器件短路或微短路导致D2000异常高温，D2000布局时各方向上不能有粘贴物。
9、基于散热考虑，IC底部PGND焊盘打过孔至内层主地以及电路四周、内层的铜皮尽量保持完整。
五、典型问题记录
包括如下几项内容：
1、该电路在调试过程中的问题记录及其解决方案。
2、该电路在其所有应用机型上的问题及其解决方案。
3、该电路引起市场投诉或市场退机的问题及其解决方案。
1.从预充充到可以跑到kernel时，开不了机。
高通平台在预充时是不辨别充电器类型的。
因此为了避免过流，我们将所有充电器类型下的充电电流通过硬件限制到500mA以内。
在充到3.4V左右会跑到kernel继续充电，如果在此过程中从充电器汲取的电流超过500mA，BQ24196就限制在500mA，导致开机失败。
因此必须在进入kernel之前将inputcurrentlimit寄存器设置到2A，然后再让程序跑进内核。
注意：
PSEL、OTG配合使用可以配置硬件限流，也可以通过寄存器REG08修改该限流点。
2.插USB开闪关灯拍照掉电。
详细的分析结果见附件文档。
六、关键物料清单
注：
此处列出的物料清单主要用于描述参数选择要求，最终使用的物料请以关键料优选库为准！
序号
位号
规格型号
参数要求
1
C2207、C2208、C2209
C2211
10V105±10%X5R0402
如果加外部OVPIC时，使用10V电容；
如果不加外部OVPIC时，使用25V电容
2
C2210
16V473±10%X7R0402
选型按照2倍的输入电压选择。
如果加外部OVPIC时，使用16V电容；
如果不加外部OVPIC时，使用50V电容
3
C2213
6.3V226MX5R0603
DC-DC输出电容，推荐22UF电容
4
C2212
6.3V106±20%X5R0603
电池检测脚电容，推荐106电容
6
L2201
1UH±20%2.7AMAMK2520T
如果配2A充电器，使用此电感。
如果配1A充电器，可换成小电流电感。
7
R2208
1/20W10K±5%0201
中断脚上拉电阻
8
R2211
1/20W68K±5%0201
温度分压电阻，无特别要求
9
R2209、R2215、R2210
1/20W100K±5%0201
上下拉电阻，无特别要求
10
R2212
1/20W47K±5%0201
温度分压电阻，无特别要求
11
R2213
1/20W240Ω±1%0201
设置Inputcurrentlimit，公式：
Iinmax=（1V/Rilim）x530，使用该电阻计算出该电流为2.2A
12
U2201
BQ24196RGERVQFN
充电IC
13
D2000
PMEG4010EPK8040275
肖特基二极管
14
D2001
8040281
5.6V稳压二极管
15
C3004
8350683
10V，1uF
注：
PMID脚TI推荐使用6.8uF电容，13077项目空间限制只是用了两颗10V105的电容（已与TI确认），如果空间允许请使用TI推荐电容值。
七、参考资料（可选）
BQ24196DeviceSpecification
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