电磁流量计原理_电磁流量计原理视频（电磁流量计的工作原理）

摘要： 　　如今随动手机配备的锂离子电池容量越来越大，人们盼望可以或许在只管短的时间内给本身的手机充得充足的电量，以满意本身一样平常生存和工作的必要。比方，华为...

　　如今 随动手 机配备的锂离子电池容量越来越大，人们盼望 可以或许 在只管 短的时间内给本身 的手机充得充足 的电量，以满意 本身 一样平常 生存 和工作的必要 。比方 ，华为P9配备3000mAH小时的锂离子电池，假如 盼望 在一小时内把电池靠近 布满 ，则必要 充电电流在3A以上。为了实现这么大电流的充电，利用 开关式充电管理芯片（下面简称快充芯片）是一个很好的方案，这也是业界如今 共同的选择。本文假设各人 对DCDC的工作原理已有根本 的相识 ，重要 从技能 的角度来分析应用在手机上的快充芯片的工作原理和计划 要求，同时也会扼要 先容 其他正在涌现的充电技能 。

　　一. 手机的四个充电环节

　　图1 手机的四个充电环节

　　图1总结了我们在实际 充电过程中涉及到的四个环节：

　　1）充电适配器的任务 是把220V的市电转换为手性能 够遭受 的5V电压（如今 应各种充电协议，如QC和USB PD（Type C接口）等的要求，也要求可以或许 送出9V/12V/14.5V乃至 20V的电压。关于充电协议的话题我们已在前面一篇公众号做过讨论），同时具有肯定 的功率输出本领 ，比方 5V/2A, 9V/1A等等规格。充电适配器属于AC-DC的技能 范畴，平常 所说的快充芯片着实 是对适配器AC-DC芯片和手机端的开关式充电管理芯片（以 DC-DC技能 为实现本领 ）的统称，但本文的快充芯片特指手机端的开关式充电管理芯片。

　　2）充电线的任务 就是负责把电压/电流从适配器端传送得手 机端，由于如今 绝大多数充电线实际 上就是USB线。这里有一个参数必要 提请各人 留意 。按照USB2.0的标准 ，线缆必要 具备传送最大1.8A的电流本领 ，因此假如 是5V的适配器，USB2.0的线缆最大能传送的功率着实 只有9W。

　　3）快充芯片的任务 是把适配器的5V/9V/12V等电压转换成电池的电压，同时按照必要 的充电电流正确 可控地向电池举行 充电。从技能 上看，快充芯片是这四个环节中最具有挑衅 的部分 ，因此如今 业界有本领 提供高品格 高可靠性的快充芯片的厂家非常 有限，重要 还是 以德州仪器，仙童半导体等少数几家国外大厂为主，国内的希荻微电子颠末 几年对峙 不懈的自主研发，已推出了一系列的快充芯片，冲破 了国外大厂的把持 局面，并已在各大手机方案商和品牌商得到广泛的应用。快充芯片具体 的工作原理将在下文做具体 讨论。

　　4）电池是这个环节非常紧张 的部分 ，整个充电环节都是为了使电池快速而安全地布满 电量。电池的重要 参数包罗 ：容量（mAH，手机中常见的有2000mAH, 3000mAH和4100mAH），充电克制 电压（如今 常见的有4.2V, 4.35V和4.4V规格，更高的充电克制 电压，在划一 的电池体积环境 下，通常具有更高的电池容量，因此如今 所谓的4.35V及以上的高压电池渐渐 在手机上得到更广泛的应用），以及可担当 的最大充电电流等等。此中 ，可担当 的最大充电电流一样平常 以nC来表现 。比方 一个3000mAH的电池，1C的充电速率 是指一个小时之内即可布满 电池，此时可担当 的最大充电电流就是3A；假如 答应 2C的充电速率 ，那么理论上半小时就可以布满 电池，则此时可担当 的最大充电电流即为6A；以此类推等等。下文将会看到，电池的这几个参数将对选用符合 的快充芯片产生直接的影响。

　　二. 经典的三段式充电

　　着实 给锂离子电池充电的过程和我们生存 中用水龙头向洗脸盆放水的过程非常雷同 ：

　　第一阶段：当开始给一个空的脸盆放水的时间 ，为了不让水溅出来，会把水量控制得很小；第二阶段：比及 脸盆底部积满了肯定 水位之后，才把水龙头开得比力 大，脸盆里已有的水可以对如许 急速的进水起到缓冲作用，从而不会有水花溅出；

　　第三阶段：当水位快到脸盆顶部的时间 ，此时我们又会渐渐 减小进水量，以防止有水冲出脸盆之外，直至积满整个水盆。

　　电池就像这个脸盆，只不外 它储存的不是水，而是电荷。电池的充电也有雷同 的三个阶段：

　　第一阶段：涓流充电。电池的特点是，当电池电压（大抵 相称 于水位）非常低的时间 ，其内部的锂离子活动 性较差，内阻较大，因此只能担当 较小的充电电流（一样平常 在30到50mA左右），否则电池轻易 发热和老化，不但 侵害 电池寿命，而且有潜伏 的安全题目 ，因此把这个阶段称为涓流充电，也有偕行 将之称为线性充电大概 预充电等等。

　　第二阶段：恒流充电。当电池电压高于2V以上，电池的锂离子活动 性被充实 激活，内阻也较小，以是 可以或许 担当 大电流的充电。在这个阶段，快充芯片会按照设定向电池提供可担当 的充电电流，因此在这个阶段电池得到的电量也是最大的，可以占到容量的70%到80%以上。

　　第三阶段：恒压充电。电池是一个非常 娇气的储能元件，它的电池电压不答应 高出 克制 电压的±50mV，否则就会有安全隐患。因此，当电池电压被充到靠近 充电克制 电压的时间 ，快充芯片必须可以或许 主动 减小充电电流，控制“水花”不要超出范围，直至把电池完全布满 。

　　图2 三段式充电表示 图

　　一个合格 的快充芯片，必须可以或许 根据电池电压的高低，主动 地控制充电过程在上述三个阶段之间举行 无缝切换，而无需其他硬件大概 软件的资助 。

　　三. 电源路径管理功能

　　电池的目标 是要给电子装备 比方 手机供电，假如 电池没电了，天然 手机也就无法工作了，以是 这个时间 必须要插上充电器充电。我们来看看几种差别 的快充芯片在利用 上的体验有何差别 。

　　图3 不带电源路径管理功能的快充芯片工作表示 图

　　图3是国内厂商推出的第一代快充芯片，请留意 红圈所指的位置。此处，既是电池正极地点 之处，也是由这一点向手机体系 供电。那么我们很轻易 想到：当电池电压很低的环境 下，即便插入了充电器，即快充芯片已经在对电池举行 充电了，但由于此时电池电压很低，不敷 以开启体系 ，因此手机是无法启动的。只有当电池电压已经被充到充足 高之后，手机才华 正常工作。

　　我们天然 会问，有没有一种办法，只要我们插入了充电器，即便电池电压很低，也可以启动手机呢？办法是有的，只要我们把给电池充电的端口和给体系 供电的端口做一个智能的隔断，就可以到达 这个目标 。业界把这个功能称为电源路径管理，这个功能也是第二代快充芯片的标记 性特点之一。

　　图4 带电源路径管理功能的快充芯片工作表示 图

　　图4中，给体系 供电的SYS引脚和给电池充电的BAT引脚就是两个独立的引脚，在它们之间内部集成了一个智能开关。当电池电压较低的环境 下，这个智能开关处于半开启的状态，把SYS和BAT的电压天然 拉开，以包管 SYS的电压足以支持后级体系 的工作；当电池电压充足 高之后，这个智能开关才完全开启，相称 于一根电阻很小的导线把SYS和BAT短接在一起，以最洪流 平 低落 其间的功耗。

　　四. 高电压工作

　　如今 的电池容量越来越大，因此在充电的时间 ，其必要 的功率是很大的。比方 ，一个3000mAH的电池，若以3A对其充电，以3.8V电池电压盘算 ，其担当 的功率是11.4W，假设快充芯片的转换服从 是90%，那么进入快充芯片的功率就是12.7W左右。根据前面分析的充电的四个环节，此时对线缆的要求就来了：假如 快充芯片是工作在5V，那就意味着线上的电流是2.5A左右，这不但 超出了现有的USB2.0线缆的传送本领 ，而且 这么大的电流会在线缆上造成较大的功率丧失 。比方 1米线缆的寄生电阻约莫 是250毫欧，其功耗就差不多1.5W！为了办理 这个题目 ，我们可以像生存 中常见的高压输电线一样，进步 传送的电压，线上的电流和功耗也就天然 降下来了。还是 刚才的例子，若传送的电压换成9V，那么线上的电流就只有1.4A左右，因此现有的USB2.0线缆就充足 用了（节流 本钱 ！），线上的功耗也仅有0.5W。相应地，快充芯片也必要 在9V，12V乃至 20V的工作电压下正常工作。这是对快充芯片的一个紧张 要求。

　　五. 转换服从

　　手机是一个用户体验至上的电子装备 ，在充电方面，个人用户不但 要求充电快速安全，同时更喜好 发热较低的手机。为了实现这个目标 ，对快充芯片的要求天然 就是高转换服从 。固然 除此之外，还必要 快充芯片选用低热阻的封装，比方 带散热盘的QFN封装；在手机计划 的时间 ，也应对散热步伐 多加思量 等等。可喜的是，国产厂家充实 意识到了转换服从 对用户的紧张 性，产物 在指标上已经赶超了国外品牌，如图5所示。

　　图5 快充芯片的转换服从 曲线

　　六. 充电参数的可设置 性

　　正如前面对 电池的分析，由于差别 的电池可以担当 的电流本领 差别 ，其充电克制 电压也不一样，这要求快充芯片可以或许 根据差别 的电池，通过软件设置 差别 的充电参数，以进步 快充芯片的通用性。通常，快充芯片是通过I2C接口来完成这些设置 。其他必要 设置 的常见参数尚有 ：

　　l 输入电压限压阈值

　　l 输入电流限流阈值

　　l 充电克制 电流

　　l 芯片的工作模式控制

　　七. 耐压和抗浪涌本领 计划

　　在手机内里 ，快充芯片是USB/Type C接口进来望见 的第一颗芯片。充电线的反复插拔会带来很高的毛刺电压，这必要 快充芯片具有精良 的耐压本领 ；在USB2.0的应用下，必要 快充芯片具有20V以上的耐压本领 。更具威胁的是电网通过适配器传送过来的浪涌电压，尤其是在像印度如许 电网非常 不稳固 的地区 ，其浪涌电压会高达300V以上，这要求快充芯片在加上掩护 器件（比方 TVS）的环境 下能安全工作而不会被破坏 。

　　八. 其他要求和其他快充技能

　　用于手机上的快充芯片，其功能盼望 还包罗 OTG功能，检测电池温度，体系 复位和输运模式的功能等等。别的 ，如今 正在鼓起 的低压直充技能 也黑白 常值得关注的方向，其做法与高压快充恰好 相反，是通过低落 适配器的输出电压，在恒流充电阶段使其与电池电压保持充足 小的同步压差跟踪，以此进步 充电电流，并同时进步 转换服从 。限于篇幅这两方面的内容就不逐一 睁开 了。欢迎 有爱好 的朋侪 和本文作者接洽 ，我们一起做进一步的探究 ，共同积极 把我们中国的快充芯片做好做强做大！

　　作者接洽 方式：

　　郝跃国，180 1783 1819 (微信同号)， 就职于希荻微电子。