本文介紹了芯海科技有限公司SOC芯片CSU8RP3119應(yīng)用于移動(dòng)電源產(chǎn)品的單芯片解決方案。通過使用芯片自帶的兩路高速PWM(16M)和四路高性能ADC(12bit，死區(qū)小于3mV)以及特有的基準(zhǔn)源數(shù)字校正專利技術(shù)，CSU8RP3119無需外圍其他IC，即可實(shí)現(xiàn)效率高達(dá)93%的同步整流移動(dòng)電源，在2.1A輸出條件下，效率仍然高于88%。

一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

移動(dòng)電源由充電管理、供電管理、輸入檢測(cè)、顯示輸出組成(見下圖)。

二、詳細(xì)設(shè)計(jì)

2.1 PWM控制的充電管理(替代充電管理芯片[TP4056/5056])

根據(jù)鋰離子電池的化學(xué)特性，充電過程可以分為預(yù)充電，恒流充電、恒壓充電三個(gè)階段。CSU8RP3119通過PWM控制的Bulk DC-DC電路，可以對(duì)充電過程的電流和電壓進(jìn)行靈活的控制，滿足不同類型不同容量電池對(duì)充電電流和電壓的要求，充分保證了充電過程的安全性和有效性。

2.2 PWM控制供電管理(可實(shí)現(xiàn)同步整流，替代外圍DC-DC芯片)

利用CSU8RP3119自身的高速PWM時(shí)鐘，并巧妙復(fù)用充電過程使用的電感和開關(guān)元件，可實(shí)現(xiàn)同步整流的Boost DC-DC，放電效率最高達(dá)95%，考慮了移動(dòng)電源系統(tǒng)環(huán)路的寄生電阻之后，綜合放電效率可達(dá)93%，即使在放電電流達(dá)到2.1A的條件下，效率仍然可以超過88%。

2.3 用數(shù)字校正技術(shù)校準(zhǔn)內(nèi)部1.4V基準(zhǔn)源 (省掉外部基準(zhǔn)源[TL431或HT7533])

CSU8RP3119內(nèi)置的1.4V基準(zhǔn)電壓本身存在偏差，通過采用具有專利保護(hù)的數(shù)字校正技術(shù)，校正后誤差小于1%。

2.4. 移動(dòng)電源電池的安全保障

CSU8RP3119為電池的短路及過流提供了硬件級(jí)保護(hù)機(jī)制，當(dāng)移動(dòng)電源外部被短路時(shí)，芯片的電源監(jiān)測(cè)電路會(huì)在電池電壓低于2V后，自動(dòng)關(guān)掉所有的輸出通路，確保電池安全。為了防止電池被過充電(例如，4.2V的電池，充電電壓超過4.3V)，CSU8RP3119采用了把電池電壓直接作為Vref，反過來測(cè)試內(nèi)部1.4V基準(zhǔn)電壓的方式，不需要外置的分壓電阻，從而避免了因外部電路故障造成誤測(cè)的可能性。保障了充電過程的電池安全。除此之外，系統(tǒng)啟動(dòng)前，及充放電過程中，都將對(duì)環(huán)路的反饋機(jī)制進(jìn)行檢測(cè)，從而保障系統(tǒng)是在閉環(huán)、安全的條件下運(yùn)行。

有了以上軟硬件多重保護(hù)機(jī)制，如果PCB上仍然使用了鋰離子電池保護(hù)芯片(例如DW01)，則可以保證鋰離子電池保護(hù)芯片的保護(hù)機(jī)制不被觸發(fā)，從而不需要重新激活。

2.5 被充電設(shè)備的安全保障

當(dāng)被充電設(shè)備處于大電流充電狀態(tài)(1A或者2.1A)時(shí)，如果充電插口出現(xiàn)接觸不良，有可能會(huì)引發(fā)電壓過沖，從而傷害被充電設(shè)備，特別是軟件級(jí)的DC-DC。CSU8RP3119最高指令速度可以達(dá)到8M，一個(gè)主循環(huán)的時(shí)間經(jīng)過優(yōu)化后，可以控制在200uS以內(nèi)，從而有效控制了過沖電壓。經(jīng)過測(cè)試，1A條件下，過沖電壓不超過6.0V，持續(xù)時(shí)間不超過5mS，2A條件下，過沖電壓不超過6.3V，持續(xù)時(shí)間不超過5mS，完全滿足手機(jī)等被充電設(shè)備的安全要求。