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移动电源三合一方案

方案简介
 产品型号  效率(1A) 效率(2A)   休眠电流 可扩展性  封装 
 CSU8RP3119 92%  88% 1uA 2KB OTP可编程 SOP14 
 CSU8RF3421 92% 88%  1uA  8KB Flash 可编程带SPI  SSOP20 
 CSU8RF3422 92%  88%  1uA  8KB Flash 可编程,可驱动LCD  SSOP24
 CSU8RF3423 92% 88% 1uA 8KB Flash 可编程,可驱动LCD SSOP28
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  移动电源三合一方案,是指主控芯片移动电源MCU无需外挂DC-DC芯片和充电管理芯片的移动电源方案,根据是否需要外加基准和运放,又可称为四合一或者五合一移动电源解决方案,芯海科技的移动电源SOC系列芯片,可以达到五合一,但为了通俗起见,我们统一称为移动电源三合一方案。不同于HT4901,HT4902,CT6301,CT6302等硬件三合一方案,芯海移动电源SOC采用的是同步整流升压模式,效率高,发热低,特别在2A移动电源方案场合具有绝对的优势。芯海SOC通过使用芯片自带的两路高速PWM(16M)和四路高性能ADC(12bit,死区小于3mV)以及特有的基准源数字校正专利技术,无需外围其他IC,即可实现同步整流三合一移动电源的基本功能,为移动电源客户提供了具备独特竞争力的单芯片解决方案。
   芯海科技共有CSU8RP3119/CSU8RF3421/CSU8RF3422/CSU8RF3423全系列四颗芯片,用于移动电源三合一同步整流方案,其中,CSU8RP3422和CSU8RF3423可用于带LCD显示的移动电源三合一方案。
 

移动电源三合一方案

 
移动电源电路图下载列表(在技术文档页):
CSU8RP3119同步整流三合一1A移动电源电路图
CSU8RP3119带自动负载检测1A移动电源电路图
CSU8RP3119同步整流三合一2A移动电源电路图
CSU8RP3119带自动负载检测2A移动电源电路图

扩展阅读:

移动电源为何要采用同步整流?

       首先解释整流这个概念,其实很简单,就是实现电流的单向导通,防止移动电源输出的5V电压反过来给电池充电。要实现这个功能,最常用的器件就是二极管。我们知道,普通二极管的导通电压0.7V,在输出2A电流时,压降会上升到1V,此时的功耗为2W。而移动电源的输出功耗为,5V*2A=10W。因此,光整流这一部分的损耗,就达到了20%,实际上,此时最严重的已经不是损耗问题,而是2W的功耗会导致二极管直接烧毁。因此,在实际生产中,移动电源上用来进行整流的二极管都是选用优质的肖特基二极管。肖特基二极管的好处是,压降低,导通电压只需要0.2V。2A输出时优质肖特基二极管的压降,大约为0.4V,损耗约为1W。占到输出功率的8%,加上锂电保护MOS管(8205),升压开关MOS管(8205),电感,输出使能MOS管(8205),输出电流采样电阻的损耗,环路整体效率一般低于85%。

      同步整流,就是为了避免上述的二极管或者肖特基二极管整流带来的巨大损耗,改用一个MOS管来进行单向导通的控制,这个用来整流的MOS管,其开关控制信号必须与升压开关MOS管的控制信号进行同步。即升压开关MOS管导通时,整流MOS管必须关闭,升压开关MOS关闭时,整流MOS必须打开。因此,我们称之为同步整流。一般而言,整流PMOS的内阻为50mΩ,2A输出时的压降为0.1V,损耗约为0.2W,只占到输出功率的2%,效率比肖特基二极管整流的方式提升了6%,更重要的是解决了发热的问题。让移动电源更安全可靠。

移动电源硬件三合一与软件三合一的区别:

    移动电源三合一,根据是否可以编程,分为硬件移动电源三合一和软件移动电源三合一两种技术路线。硬件三合一目前的主流厂家为华芯邦(HT4901,HT4902),博驰讯(CT6301,CT6302)等,硬件三合一的芯片主要存在的问题是:1.发热严重,因为主芯片集成了开关管,而且采用的是非同步整流模式。温度高了以后,各种电压和电流参数发生漂移,恒压不准了,恒流也不准了,可能损坏电池,甚至是烧坏手机。2.受工艺偏差影响,电流和电压参数的离散性天生就大,批量生产时,即使不发热也会有很多不良。3.不可编程,功能固化,参数固化,只能做标准品,而且,如果pcb的寄生电阻过大,连标准品都做不好。由于以上这些问题的存在,硬件三合一从一出来就杯贴上了"山寨"的标签。
       软件三合一,由于容易实现同步整流,效率高,发热低,而且功能变化灵活,已经成为发展趋势。但是早期的软件三合一问题更大,因为要依靠adc来检测和控制dc-dc过程,如果不做特别的优化,一个主循环下来10ms很正常。而这个时间段内,如果负载突然接触不良,例如,手机充电插口松动,很可能会导致输出电压瞬间上冲至10v,从而损坏手机。因此,软件三合一必须要解决这个天生的软肋才有出路。为此,各家厂商各显神通,从软件和硬件上进行各种优化,以彻底解决此问题。软件优化主要是把主循环的速度加快,目前,芯海科技提供的移动电源三合一解决方案主循环约为100us。硬件上,则通过集成专用比较器来实现快速控制,例如,在5.0v进行dc-dc比较,在5.5v进行无条件关闭pwm控制等。
        
除了这个问题,软件三合一还存在主控制器本身的稳定性问题,例如,死机,复位,esdeft等。当然这些mcu的顽疾,对于进行正向设计并长期积累的公司来说,已经得到了很好的解决芯海科技的otp系列单片机,抗esd已经大于8kv,抗eft大于4kv
       芯海科技软件三合一移动电源解决方案目前已经解决了这些问题,正在以其极高的性价比成为市场主流。  

 

移动电源电路图:

移动电源电路图

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