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支持无线充电和USBPD的电源管理IC-ROHM BD99954开发板评测

2022-03-12
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作者：21ic
来源：21ic

[导读]
最近移动设备已实现可高达100W充电，采用USB PD的应用已经越来越多。同时采用有线充电加无线充电(无线供电)两种充电方式的趋势也有增无减。然而，要满足USB PD这类的大范围功率需求和同时采用两种充电方式，需要再增加充电IC和外置部件，并通过微控制器来控制充电切换，这些在工程实践中复杂度与成本都会带来不小的压力。为应对这些问题，ROHM新推出了一款电池充电IC：BD99954GW/MWV。此款芯片支持USB PD和无线充电，还可以通过OTP一次写入默认配置，当作无源片直接使用，非常有助于创建更便捷的充电环境。

概览

近年来，笔记本电脑等移动设备已实现可高达100W充电，采用可使充电连接器通用化的USB PD的应用已经越来越多。另外，同时采用有线充电加无线充电(无线供电)两种充电方式的趋势也有增无减。然而，要满足USB PD这类的大范围功率需求，例如要想从5V的充电器向2节电池(=8.4V)充电，系统必须添加升压功能。另外，同时采用两种充电方式，需要再增加充电IC和外置部件，并通过微控制器来控制充电切换，这些在工程实践中复杂度与成本都会带来不小的压力。

应对这些问题，ROHM新推出了一款电池充电IC：BD99954GW/MWV。该芯片以1-4节电池为对象，利用升降压控制生成3.07-19.2V的充电电压，同时支持最先进的USB PD系统的电池充电IC。实现ROHM独创、业界首发的充电系统双输入功能，且搭载充电适配器判定功能，无需微控制器控制即可进行充电切换。另外，不仅支持USB PD标准，还支持当今最普及的USB BC1.2充电标准。可轻松实现USB充电、无线供电、AC适配器充电等充电方式，非常有助于创建更便捷的充电环境。

随着无线充电技术渐渐普及，大多数现代的充电器需要兼容有线无线两种输入源。这样的电路使用BD99954来搭建，可以省去传统设计方法中的切换电路：

图使用BD99954来设计双输入电源

BD99954GW、BD99954MWV具有以下两个特点，非常有助于创建更便捷的充电环境：

(1)业界首创支持双系统充电。双输入方式，使两种充电方式的导入更容易。而且还搭载充电适配器判定功能，无需微控制器即可进行充电切换。双输入充电系统无需搭载并调整(充电路径切换、防止电流逆流)单独处理时所需的外置部件、晶体管和电阻器，不仅安装面积更小，还有利于大大减轻设计负担。

(2)升降压控制，支持最先进的USB PD系统。利用升降压控制，从5-20V(USB PD的最大电压)中的任意电压均可生成电池充电所需的充电电压。例如，进行2节电池(=8.4V)的充电时，20V输入时可降压后进行8.4V充电，5V输入时可升压后进行8.4V充电。

另外，关于USB充电标准，不仅支持USB PD，还支持当前最普及的USB BC1.2，因此可支持从以往的USB充电到USB PD充电的多种充电方式。本文利用ROHM公司为该芯片开发的评测板: BD99954MWV Evaluation Kit对这个芯片的功能做一个评测，探索一下其使用方法与功能上的一些特色。

首先看看该BD99954开发板：

图开发板及其主要组成部分

注意，拿到的BD99954开发板为工程样品，所以有飞线的情况，实际上不影响对该芯片的功能评测。

硬件

原理图

图原理图1(主要电路)

图原理图2(USB转I2C部分)

因为分辨率的问题，原理图在页面上显示的不是很清楚，感兴趣的同学可以在文末的参考资源中找pdf格式文件进行查看。

整个原理图比较简单，没有什么好说的。主要组成部分就是两个芯片(BD99954+FT232HL)和一些无源器件。其中FT232HL是用来跟PC上的软件通信用的，所以整个开发板主要就是BD99954与无源器件。由此也可以看出BD99954集成度较高。

芯片

下面从芯片方面来分析一下此芯片，先看典型应用图：

图 BD99954典型应用图

再看芯片内部框图：

图 BD99954内部框图

从以上两图可见该芯片集成了电源管理电路中的一些常用单元，使最终的电路大大简化。

双输入自动切换

比如两个输入源如果要切换，以往的设计：

图以往的双输入切换需要增加额外的切换电路

如果同样的功能使用BD99954来设计，则可大大简化，上图中的切换FET与电组可以省去：

图使用BD99954设计的双输入切换

充电曲线

图充电曲线

其中System Voltage为系统工作电压，如果电池电压低于该电压那么首先要使用涓流与预充模式将电池充到该电压。之后增加充电电流进入快充恒流模式，将电池充到预设的满充电压。此时电池并未充满，此时进入快充恒压模式直至电池电压是设置的VBAT的1.15倍即停止充电。此时电池可以认为被充满。上述的这些参数都可以通过I2C总线进行设置。此外为防止电池过热，芯片还可以通过电池的温度检测端对电池进行温度监控.温度过高时电流减半，电压按照三档设置的电压进行按温度输出。

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