3.5 电源中的充电电路
根据平板电脑的充电电路结构的复杂程度,大致可以分为三种结构:一是单独的充电IC构成的电路,如图3-58 所示;二是由电源管理单元PMU内置的充电电路组成的,如图3-59所示;三是充电IC和CPU共同构成的,如图3-60所示。虽然电路结构不一样,但充电原理差不多,有的功能多些,有的精度高些,有的保护电路多且完善,有的经总线控制或传输参数数据,电路复杂的充电IC外围电路虽然简单,但内部电路功能完善却需要软件支持。
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图3-58 独立充电IC电路
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图3-59 PMU/PMIC内置充电电路
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图3-60 CPU和带有总线的独立充电IC电路
平板电脑充电电路原理图如图3-61所示。
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图3-61 充电电路原理图
充电电路首先对电池电压进行检测,也就是对电池电量进行检测,当电池电压低于某个电压值时,就认为电池电量低,需要进行充电了。这是充电电路要做的第一件事——电池电量检测。充电电路对电池电压的检测电路,分为模拟电路和数字电路两种。模拟电路的检测部分多由运算放大器一类的电路构成,其特点是充电IC的引脚有同相输入端和反向输入端,而数字电路不会有这两个信号输入端;数字电路则由ADC电路构成。电池电压经过模拟电路或数字电路的检测后,如果发现电池电压低于某个值(如3.6V,此值会根据不同的电池型号有所不同),说明要进行充电。要想对电池充电就需要有直流输入电源,所以第二步就是检测是否有直流电源输入。如果有直流电源输入,则充电IC输出一个控制信号,将这个直流输入电源切换到充电电路,为充电做好准备。通常在该直流电源输入电路中还串有一个检测输入电流大小的取样电阻,将取样电阻两端的信号送给充电电路,以防止输入过大的电流,保护后面的电路(如短路保护、过流保护等,如果发生短路故障,充电电路会及时输出控制信号,将直流输入电源断开)。充电电路将输入的直流电源切换到充电IC后,同时输出一个控制信号,将充电电路(充电IC)的输出电压切换到电池上,给电池充电。这个控制信号是一个脉宽控制PWM信号,不但控制切换输出电压,同时控制充电电流的大小和启停。为了对充电电流进行检测和控制,通常在充电IC的输出端还串有一个用于检测充电电流大小的取样电阻,该取样电阻所取出的信号送至充电IC,由充电IC根据此信号进行充电控制,并对输出电流过大等进行保护。
当对电池进行充电时,会根据电池电压的不同,分为快充和慢充,具体电压值会根据不同的电池型号有所不同。平板电脑中最常见的电池电压的标称值是3.7V,当低于3.6V时则进行充电。同时,充电IC输出一个状态信号,如点亮一个发光二极管,或者给出一个充电信号给CPU等其他电路,用于表明现在电池电量低,需要充电。如果开始对电池充电,则点亮发光二极管,指示电池正在充电。当电池电压低于3.6V时是快充(大电流),高于3.6V时是慢充(小电流)。如果电池电压低于3.2V,仍没有对电池充电,则平板电脑自动关机,此时不充电是开不了机的。必须插入直流电源对电池充电,3.2~3.6V之间的充电是采用大电流的快充,大于3.6V时,则采用小电流的慢充,当电池电压达到4.2V时充电停止,充电IC输出到电池的电压降为0,输入到充电IC的直流输入电源被断开,充电指示灯熄灭,充电电路停止工作。
关于充电电路停止的条件,有的是判断电压是否到达最高限制电压(如4.2V);有的通过检测输出端取样电阻上的电压来判断,如果电压为零,则电流为零,说明电池已充满电;还有的会对充电时间进行判断,如果充电时间到了3个小时或6个小时,则充电停止;有的则这几个方法同时都采用。
充电终止电压又叫充电最高限制电压,一般为高于额定电压的10%左右。例如,额定电压为1.2V电池,充电终止电压为1.4V;额定电压为12V的电池,充电终止电压为14V。平板电脑多用额定电压为3.7V的电池,则充电终止电压为4.2V,其他的快充电压和慢充电压可按此比例计算出来,作为维修时的参考数据。
充电电路中还有电池温度保护电路,多数是通过一个热敏电阻RT,将温度参数送给充电电路或CPU,电池过热时充电电路即停止工作。
充电电路维修:根据上述电路原理,按步骤和顺序进行。通常遵循由简至繁的原则:检查外观;测量输入输出;电池是否耗尽;电池是否完好;有输入,无输出;测IC电路;直流电源输入接口是否接触不良;电池接口是否不良;充电IC及周围元器件是否异样;控制用的MOS管、滤波电容、二极管、充电IC等是否有问题。对于复杂的充电电路,可能还会涉及CPU及软件,大致判断后,也可刷机试试。
平板电脑中实际电路IC的型号及引脚作用
独立充电电路IC型号如表3-1所示。
表3-1 独立充电电路IC型号
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在PMU/PMIC内,不但有充电控制,还有开/关机控制、复位控制,并可以输出多路电源。有的还带有总线,和CPU进行通信和控制。
表3-2列出了一些充电IC的引脚定义说明,供分析和维修电路时参考。
表3-2 充电IC的引脚定义说明
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续表
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