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笔记本充电电路分析

以联想G450 仁宝LA-5081P为例

充电流程

一、笔记本电脑要充电,EC首先要检测到适配器存在,在联想G450这款机器里面,EC的适配器检测信号名称是ACIN,这个信号来自PU102A(LM393)第1脚,如下图;

 从上图可以看到,LM393的第2脚是3.3V的RTCVREF,只要VIN大于16V,再经过PR103\PR107分压后的电压就会大于3.3V,送到LM393第3脚,此时+>-,第1脚输出高阻态,再由VIN经过PR104\PR108分压,然后经过PD102稳压,产生3.3V的PACIN去打开保护隔离电路,PACIN经过PR105改名为ACIN送给EC第127脚,告诉EC适配已经正常插入,如下图:

二、EC需要检测到电池插入,并识别到电池电量、温度等信息,才会开启充电电路给电池充电。

  上图中可以看到,JBATT是电池接口,1、2脚是电池电压输出BATT+,第3脚EC_SMB_CK1和第4脚EC_SMB_DA1都是SM总线信号,连接到EC,EC通过这两根线识别电池电量等信息。第5脚TS信号是BATT_SEL_HW(电池选择信号、插入识别信号)。BATT_SEL_HW经过PR211后改名为BATT_TEMPA(电池温度检测信号)。
EC_SMB_CK1、EC_SMB_DA1由+5VALW上拉,送到EC的77、78脚,如下图:

  EC通过SMBUS总线识别到电池电量,如果需要充电,EC会发出高电平的FSTCHG信号控制PQ309导通,产生低电平的CHGEN#送给PU301充电芯片的第1脚CHGEN#充电开启脚,如下图;

三、PU301是BQ24751充电芯片,VIN经过PQ301内部体二极产生24751_PVCC,24751_PVCC送到PU301第28脚供电,如下图:

VIN经过PR306 340K\PR310 54.9K两电阻分压产生ACDET送给PU301第5脚ACDET适配器检测脚,这个脚的检测阀值是2.4V(根据芯片数据手册描述)如下图:

只要ACDET电压大于2.4V,充电芯片才能正常工作,经过计算:如果VIN电压是19V,那ACDET就是2.6V,完全可以越这2.4V这个阀值,如下图:(如果图片看不清,看官可以同时打开图纸对着看)

VIN还经过PR309 340K\PR314 54.9K电阻分压产生24751_OVPSET(适配器过压保护设定)送到PU301第8脚OVPSET,这个脚的阀值是3.1V,如下图:

只要24751_OVPSET信号不超过3.1V,机器可正常使用,反推算出VIN电压不能大于22V,否则视为过压,芯片将执行过压保护。

四、1:如果芯片得到PVCC供电、ACDET大于2.4V、OVPSET低于3.1V,芯片将从24脚REGN输出6V电压,还从第10脚REF输出3.3V线性参考电压,如下图:

从上图中可以看到,REGN主要给充电电路的下管驱动输出提供电动力,同时还给BTST自举升脚供电。

  2:当PU301充电芯片得到PVCC供电、ACDET大于2.4V、OVPSET低于3.1V,芯片从第4脚输出低电平的ACDRV#信号,这个ACDRV#直接控制PQ301\PQ302导通,产生大电流的公共点B+.同时充电芯片还会从第14脚输出高电平的BATDRV信号,BATDRV控制PQ304截止,用于隔离电池电压。

  3:当PU301充电芯片得到PVCC供电、ACDET大于2.4V、OVPSET低于3.1V时,芯片从第13脚ACGOOD脚输出24751_ACGOOD#信号,这个24751_ACGOOD#信号直接由RTCVREF经过PR317上拉为高电平,这个24751_ACGOOD#信号在这个机器中没有被采用,在其它机型中这个信号一般送给EC,取代ACIN信号作为EC的适配器检测信号。如下图:

4:芯片第15脚IADAPT是适配器电流检测放大输出脚,也就是连接公共点检流电阻两端的ACP-ACN电压放大20倍输出,见下图引脚说明:

IADAPT输出后经过PR321改名为ADP_I,这个ADP_I直接送给EC的65脚,EC通过个ADP_I信号实时监测系统电流状况,系统过流阀值为3.3A 。如下图:

 5:充电芯片的第20脚CELLS是设定电芯数量,见以下引脚说明:

上图中可以看到,当这个CELLS为逻辑低电平时被设为3节电芯,当这个CELLS为高电平时设定为4节电芯,当这个CELLS为悬空时被设定为2节电芯。

6:EC设别到电池电压,条件满足情况下,发出BATT_SEL_EC高电平信号,如下图:

7:当BATT_SEL_EC为高电平信号时,通过PR333 0欧电阻控制Q310导通,使PQ312的G极变成低电平,PQ312截止,24751_VREF经过PR338将CELLS信号上拉为3.3V高电平,电芯数量被设定为4节电芯。当BATT_SEL_EC为低电平信号时,通过PR333 0欧电阻控制Q310截止,24751_VREF经过PR315控制PQ312导通,把CELLS拉为低电平,此时电芯数量被设定为3节电芯,如下图:

 8:充电芯片VDAC是充电电压基准输入,它个信号直接由+EC_AVCC经PR336上拉为3.3V高电平。


 9:充电芯片第12脚VADJ是充电电压设置输入,设定每节电池的电压,见下图引脚说明:

VADJ电压来自EC发出的CHGVADJ,CHGVADJ(最大电压3.3V)经过PR326\PR328分压后,变成2.323V的VADJ信号,如下图:

 10:现在已经知道VADC信号是3.3V,VADJ信号是2.323V,如果CELLS被设为3节电芯,那么此时可以通过以下计算公式计算出充电电压是13.08V,如下图:

11:通过SRSET与VDAC之间的电压差来控制充电电流大小。一般是EC发出IREF信号输入到芯片SRSET针脚。不同的电压设置不同的充电电流,在这个机器里面,这个SRSET受控于EC发出的IREF,从图中可以看到,这个IREF最大电压是2.842V,IREF经过PR319 54.9K和PR322 180K电阻分压后最大2.1V送给SRSET脚,如下图:


12:SRN 充电电流检测电阻反相连接、SRP 充电电流检测电阻正相连接、BAT 电池电压检测,相当于充电电压反馈信号,充电芯片通过SRP、SRN之间的检流电阻实时监视充电电流大小。现在我们可以通过以下计算公式算出最大充电电流是3.1A,如下图:

13:LEARN:校准模式引脚,这个脚受控于EC发出的ACOFF信号,这个ACOFF信号一般为低电平,用于电池校准时这个ACOFF会为高,当此信号为高电平时,充电芯片就算检测到适,也会选择用电池供电,并禁止充电。

14: ACSET:适配器电流设定脚,芯片通过ACP、ACN两脚之间的0.015欧母的检流电阻实时监视适配器电流,这个ACSET脚电压来自24751_VREF经过PR311\PR313分压而来,分压后电压为1.98V,现在我们也可以通过以下计算公式算出适配器最大电流是4A,如下图:

下图中可以看到ACSET的电压来源和检流电阻大小:

充电流程总结:

1、EC先要识别到适配器,并识别到电池插入。

2、EC要检测到电池电量、电池不过温。

3、EC一般通过SRSET、VADJ、CELLS、IADAPT等引脚传输充电电流、充电电压、充电使能指令、监视适配器电流和充电电流等信息;

4、现在新款的充电芯片,EC一般通过SDA、SCL(SM总线)向充电芯片传输充电电流、充电电压、充电使能、监视充电电流和系统用电电流等信息。

5、EC会根据系统用电电流状况,智能调整充电电流,电脑正常开机使用情况下,EC会控制让适配器电流优先满足系统用电,在关机状态下,如果EC识别到电池需要充电时,会优先让适配器电流满足电池充电。

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