BQ24196典型电路.docx

1、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0.02014.01.20周辉煌初稿发布0.12016.04.08杨波VBAT_RST与VPH_PWR间加二极管，改善VBAT 端抗浪涌能力。0.22016.5.04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

2、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20VOVP电压值20V充电器正常工作电压3.9V17VDPM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3.5-4.4VMinSystem Voltage LimitRange：3-3.7VRecharge Threshold100mV、300mV（可选）Itricklechg100mAIpre-chargeRange：128-2048mAIfast-chargeRange：512-2496mA弱电池电压点2

3、.8V、3.0V（可选）恒压截止电流Range：128-2048mA涓流充电电压点1.8VOTG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

4、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、阐述电路的优缺点；、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System Output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

5、时，为了避免误触发，最好选择4.36V档位。3支持OTG功能。OTG boost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。8HIZ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

6、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BQ24196SMB358备注输入最大耐压20V20V相同工作温度 -4085 -3085满足要求输入工作电压范围3.917V4.356.2V满足要求V3.6V3.6满足要求V18V6.4满足要求输入电流3A 2A满足要求快充电流5122496mA2002000mA满足要求最大放电电流9A/充电MOS管内阻RON(BAT-SYS)Type：12MAX：1540TI的比SUMMIT的小两倍多，效率、发

7、热要比SMB358好很多电池电压编程范围3.54.4V3.54.5V满足要求Pre-charge to fast charge threshold2.8V、3V（可选）2.33V满足要求Pr-charge currentRange：128-2048mA150、250、350、450mA 满足要求Trickle charge to pre-charge threshold1.8V2.1V 满足要求Trickle charge mode charge current100mA25mATI的要大Termination Current Threshold Range：128-2048mA30200mA

8、满足要求Recharge threshold voltage100mV、300mV50 、 100、200、300mV满足要求自适应电压3.88-5.08V4.25、4.5VTI 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charger IC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R

9、EGN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。CONVERTER CONTROL模块用来调节充电器输入的电流限制。OTG电路使用与

10、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Q4 Gate Control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

11、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REG002:0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REG002:0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 Input current limit。OTG脚还是OTG功能的硬件使能脚（

12、高电平有效）。PSEL用于适配器类型识别，HIGH为USB host，LOW为adapter source。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1uH 2.7A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

13、1颗22uF 6.3V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10V 105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10V 105的电容（与TI确认

14、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(Tsp130C)前向峰值电流：5A（T=16mS,方波,50%Duty）反向恢复时间：3nS(IF=0.5A,I

15、R=0.5A,IRR=0.1A,T=25C)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。

16、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

17、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ke

18、rnel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input current limit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，

19、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1C2207、C2208、C2209C221110V 105 10% X5R 0402如果加外部OVP IC时，使用10V电容；如果不加外部OVP IC时，使用25V电容2C221016V 473 10% X7R 0402选型按照2倍的输入电压选择。如果加外部OVP IC时，使用16V电容；如果不加外部OVP IC时，使用50V电容3C22136.3V 226 M X5R 0603DC-DC输出电容，推荐22UF电容4C22126.3V 106 20% X5R 0603电池检测脚电容，推荐106电容6L22011UH 20% 2.7A

20、 MAMK2520T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。7R22081/20W10K5% 0201中断脚上拉电阻8R22111/20W68K5% 0201温度分压电阻，无特别要求9R2209、R2215、R22101/20W100K5% 0201上下拉电阻，无特别要求10R22121/20W47K5% 0201温度分压电阻，无特别要求11R22131/20W2401% 0201设置Input current limit，公式：Iinmax=（1V/Rilim）x530，使用该电阻计算出该电流为2.2A12U2201BQ24196RGER VQFN充电IC13D2000PMEG4010EPK 8040275肖特基二极管14D200180402815.6V稳压二极管15C3004835068310V，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10V 105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）BQ24196 Device Specification