基于CSU8RP3119的移动电源应用设计

本文介绍了芯海科技有限公司SOC芯片CSU8RP3119应用于移动电源产品的单芯片解决方案。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，CSU8RP3119无需外围其他IC，即可实现效率高达93%的同步整流移动电源，在2.1A输出条件下，效率仍然高于88%。

一、 系统设计
移动电源由充电管理、供电管理、输入检测、显示输出组成（见下图）。

二、 详细设计
2.1 PWM控制的充电管理（替代充电管理芯片[TP4056/5056]）
根 据锂离子电池的化学特性，充电过程可以分为预充电，恒流充电、恒压充电三个阶段。CSU8RP3119通过PWM控制的Bulk DC-DC电路，可以对充电过程的电流和电压进行灵活的控制，满足不同类型不同容量电池对充电电流和电压的要求，充分保证了充电过程的安全性和有效性。
2.2 PWM控制供电管理（可实现同步整流，替代外围DC-DC芯片）
利 用CSU8RP3119自身的高速PWM时钟，并巧妙复用充电过程使用的电感和开关元件，可实现同步整流的Boost DC-DC，放电效率最高达95%，考虑了移动电源系统环路的寄生电阻之后，综合放电效率可达93%，即使在放电电流达到2.1A的条件下，效率仍然可以 超过88%。
2．3 用数字校正技术校准内部1.4V基准源 （省掉外部基准源[TL431或HT7533]）
CSU8RP3119内置的1.4V基准电压本身存在偏差，通过采用具有专利保护的数字校正技术，校正后误差小于1%。
2.4. 移动电源电池的安全保障
CSU8RP3119 为电池的短路及过流提供了硬件级保护机制，当移动电源外部被短路时，芯片的电源监测电路会在电池电压低于2V后，自动关掉所有的输出通路，确保电池安全。 为了防止电池被过充电(例如，4.2V的电池，充电电压超过4.3V)，CSU8RP3119采用了把电池电压直接作为Vref，反过来测试内部1.4V 基准电压的方式，不需要外置的分压电阻，从而避免了因外部电路故障造成误测的可能性。保障了充电过程的电池安全。除此之外，系统启动前，及充放电过程中， 都将对环路的反馈机制进行检测，从而保障系统是在闭环、安全的条件下运行。
有了以上软硬件多重保护机制，如果PCB上仍然使用了锂离子电池保护芯片(例如DW01)，则可以保证锂离子电池保护芯片的保护机制不被触发，从而不需要重新激活。
2.5 被充电设备的安全保障
当 被充电设备处于大电流充电状态(1A或者2.1A)时，如果充电插口出现接触不良，有可能会引发电压过冲，从而伤害被充电设备，特别是软件级的DC- DC。CSU8RP3119最高指令速度可以达到8M，一个主循环的时间经过优化后，可以控制在200uS以内，从而有效控制了过冲电压。经过测试，1A 条件下，过冲电压不超过6.0V，持续时间不超过5mS，2A条件下，过冲电压不超过6.3V，持续时间不超过5mS，完全满足手机等被充电设备的安全要 求。