标签: 限流

LM317 是线性稳压器，正常工作时会在 Vout 和 ADJ 引脚之间保持 1.25V 的参考电压。如果没有虚线框里的电路，这个电路会输出一个电压加到负载 R4 上，电压为 1.25/R3*(R2+R3) 。 虚线框中的电路是一个电流采样电路，采样电阻为 R1 ，运算放大器和周边的电阻构成一个差分放大电路。由反馈放大电路虚短的概念可得： 可以解得： 从上式可知，流过 R1 的电流越大，则 V1-V2 越大， V1-Vo 正比于 V1-V2 。即 V1-Vo 越大。使用二极管连接到调节端。当流过 R1 的电流大于一定值时，产生低电压使 D1 导通，将 ADJ 处电压被钳位到 Vo 。电流不能继续增加，实现限流。当电流小于阈值时， D1 不起作用 ADJ 电压由分压电阻产生，实现稳压。 测试结果表明，受 D1 的导通压降影响，实际限制的电流比设定值略大。如果将电源采样电阻 R1 取值小一点，增大放大倍数，可以减小采样电阻上的电压降引起的稳定电压的误差。但需要选择高精度（低输入偏置电压和输入偏置电流）运放。 如果对输出电压精度要求不高，可以将电路简化，不使用放大器。采样电阻需要选择大一点。电流可以限制住，但输出电压的精度受电流采样压降的影响。

【动手做个移动电源】 前段时间一直出差外地，也去了趟香港，感触颇深，一个整齐的地方。这么多天没更了，歉意，补充个 USB 防护相关的吧。 10   接口（以 USB 为例）防护电路介绍 原来在学校的时候，老是奇怪自己搭的电路怎么这么容易挂呢，后来入职后才开始慢慢明白，各种影响下来，单板不挂才怪。所以这里需要和大家分享的几个电路防护方面的东西。一个是信号接口防护，一个是电源防护。 Topic 1 ESD 类 这点大家都非常清楚，百度一下也非常明白了。 ESD 大致可以理解为静电防护，对于生产上主要是人体静电，对于使用工作上除了人体静电还有控制中的粉尘静电等等。 USB 接口中，电源和地还好，关键的信号线主要是连接到 CPU 端，信号线特别敏感，易受静电等打坏。对于户内设备（手机、移动电源等不长期放置于室外的产品）主要考虑的是静电，而对于户外设备（比如需要直连接户外电话线的电话、室外交换机等等）则主要考虑防空气放电、雷击串扰等。 ESD 防护主要用到两类器件，一类是 TVS 管，一类是压敏电阻。 TVS 二极管的参数我就不说了，说了也是从别的地方 Copy 过来的，大家上百度百科自己看哈！说白了，就是一个瞬间的高压过来，当超过 TVS 管的工作电压时，这个管子可以认为是对地短路了，应用中最主要的就是击穿和钳位电压，这两个电压就是保护电压，还有注意下功率等级，一般普通防护都是 100 多 W 瞬态功率就行，防雷 300 多 W 就够了，说白了这玩意只能防瞬时，一到持续的就挂了。 压敏电阻大家也上百科看下吧，都蛮简单的。当瞬时高压过来时，压敏电阻会瞬间阻值降低，反应比 TVS 稍微慢一点。接口类的防护对器件的寄生电容都有要求。比如 USB2.0 高速模式下要求信号线上的总的对地电容不超过 10pF ，一般都是用 TVS ，现在用于 3.0 防护的 TVS 寄生电容已经做到了 0.5pF 以下了。 我们做的这个移动电源，需要检测区分是否 USB 插入和非 USB 插入（ USB 插入时需要做限流以免拉低了电脑的 USB 口，怕把电脑搞挂），所以需要在 USB 的信号线上加保护，实际上只是用于检测，不做通讯，所以只加压敏电阻就 OK 了。这每个器件的用法等原理图上传后一一讲解吧。 Step 2 过压保护 这个就很好理解了，给移动电源充电的时候，有时候拔插原因或者电脑的原因， 5V 上会产生过冲或者较高的电压，不计成本的做法是除了加 uF 和 nF 级别电容外，还会在最前端加上过压保护， TVS 等。 当电压超过安全门限时（比如输入电压大于 6V ）过压保护芯片将启动保护，这样主要是防止超过后端芯片的门限。有专门的过压保护器件，除了过压功能外一般都将 ESD 防护等集成进去。但是这类器件相对较贵，不太实用。我这边有之前几家厂商送的样片，不太用，后期准备在单板上把 12V 的输入也做进去，这样能兼容的充电器类型就会比较多了。 Step 3 过流保护 对于现在准备做的移动电源来说，我们这个是加在输出端的，就是防止对外充电的时候抽取的电流过大。这种片子实际上就是用在电脑的那个 USB 口处来做限流的，有些电脑主板为了降成本，没做对外 USB 口的限流，当外部负载过大的时候，容易把电脑拉挂，就是这个原因。我之前一个老的台式机就是这样，带某些硬盘的时候容易电脑蓝屏，所以后来拆开机箱自己加了 1.5A 限流的上去，同时在输出端（也就是限流芯片后端）加个 2200uF 的大电容。从此连某兄弟 1 T 的硬盘跑起来都无压力了。 这类器件的基本原理也很简单，芯片内部有采样电阻（现在有些更好的器件是直接用控制开 / 关的 MOS 管的内阻来做检测源）来采样电流，电流 * 采样电阻即与基准电压比较来控制输出的开启关闭。 Step 4 温度保护 这个移动电源会加入简单的温度保护程序，来使得单板能完成最基本的保护，做电池的安全防护，同时在某些状态下减小充电电流。这里要说一下当今主流的两大温度检测技术，一种是热敏电阻采样 NTC ，一种是 PN 结采样。前者是跟着电阻对温度的敏感特性引起的阻值变化来做的，后者是根据 PN 结温与电流的一个恒定关系来做的，后续我在具体讲下各种不同的应用情况。电脑 CPU 一般用的是 PN 结方式。 我们单板上会采样热敏电阻来做温度采样，有兴趣的童鞋可以用多个同样型号的热敏电阻挂一起，打点胶凝在一起，算法上做精确的平滑采样。做个外观简单，精度巨高的电子体温计。 T_T 。

【动手做个移动电源】 春节后，我这个 IT 民工直到今天才在这冒泡了 ~ 春节后回来忙的不可开交，下面这些实际上是年前的存稿，写好了一点点然后原理图也画好了一点点，然后回来各种立项，新项目攻关、涉及到全球发布的乱七八糟的事情、马上还要再出差等等事情。分身乏力，自己也感觉自己老是占着一个博客专栏，就是没啥好东西共享出来深表歉意 ~~ 努力中，最近接触到很多非常好的器件，单芯片方案等等。有时候再和大家分享，今年上半年一点要整完这个。下半年转 Android 的整个手机硬件 + 软件的系统级方案 ~~ 准备好了很多年的开发之路 ~ 9   BQ2057 简介（ 2 ）…… 又是很久没有更新了，原理图已经画完了，但是年底因为公司的事情比较多，而且这些器件方案涉及到不能和工作有交集，所以每个器件型号都是重新选型的，包括 BQ2057 也是问 TI 要的样片，其余基本都是自己买的，兄弟们看方案的时候，每个部分都可以按照自己的实际去调整的。原理图因为年底的关系，还没处理好细节，比如反馈电阻值，电容耐压等，在整好后会上传给大家的。年底年初实在是太忙了， IT 民工尤其如此。 然后有一点要说明的，现在的这个方案实际上都是分立的，比如充电效率要达到 90% ，电流达到 2A ，就必须要选好的输入，而放电效率要达到 90% 以上，电流达到 2A ，就需要较好的 Boost DCDC 。这个是一个方案，同时因为单板的关系，现在正在兼容一个 TI 的 bq24195 的单芯片方案。以便自己熟悉业界主流移动电源的方案，后面也可以把这部分详细讲一下。 好了，回到上一节，了解了充电芯片基本的外围引脚后，就需要回到我们更关注的一个话题： Bq2057 是一个线性 LDO 类型的充电芯片，也就是像前面说的一样，效率取决于输入和输出的电压比，而能通过的电流则取决于， LDO 的那个调整管能承受的结温功率，这就是这一节要重点讲到的， MOS 和晶体管的选取规则。 Topic 1 晶体管的选用规则 对于 DCDC 来说，开关管采用晶体管或者 MOS 管都是 OK 的，关键看驱动电路的问题， BQ2057 提供了两种方法，首先看下三极管类型的设计。   R1 做为基极限流电阻，芯片通过输出反馈来调整 CC 脚的输出，使 PNP 三极管工作在可变电阻区，这个可变电阻随着后端的负载来调整阻止，也就是 LDO 比较严重的问题（和 LM1117 那种 3.3V 的 LDO 一样），如果是 5V 输入，那么就一定会有（ 5-3.3 ） /5 的效率损耗在这个 LDO 上，发热发掉了。所以那些 LDO 基本都要加散热（当前要看实际的负载以及效率等因素了）。 Step 2 P-MOS 选型 总之，晶体管和 PMOS 选型都按照参考资料中介绍的值来处理就好，如下： 说白了要注意的是： 1 、 LDO 是靠发热来做转换的，所以电流越大效率越低； 2 、这么高的效率损耗就需要晶体管的结温能够承受散热； 3 、耐压需要做到 12V ，实际上要比较高才好，插入拔出总是会有影响的； 4 、 VGs 这类的控制电压门限尽量小，这样控制端才能在受控的范围内去控制它。 这个 MOS 管的选型会在后面我就原理图去详细讲解，谢谢！

7、 充电管理（ 3 ）——电池内部保护电路解析 最近比较忙，一直没有更新，本来想自己写点关于电池内部保护电路的，但是发现实际上厂家提供的 / 各路总结的就已经非常非常全面了，这里就直接援引一下，当然，因为发这类文章的人太多了，我只能说，这节不是原创哦 ~ 详细如下：   此篇文章主要介绍手机电池的保护电路 . 我们大家在使用电池的时候总会发生各种误操作 ,  而手机电池的电芯其实是比较脆弱的 , 因此完备的保护措施对一个合格的手机电池来讲是必不可少的 . 下面是正文 : 1.      镍氢电池的保护   手机镍氢电池的保护器件非常简单 , 就是图中的哪个跨在两节电芯之间的扁扁的扁带一样的东西 , 称为可恢复式保险丝 , 又称 PTC, 即正温度系数热敏电阻的英文简写 . 在电路上 , 它是串联在供电回路里面的 . 一旦发生大电流 ( 比如短路 ) 的情况 , 就会因其 PTC 效应迅速增加其本身的电阻值 , 起到断路的作用 . 1.1.     PTC 的介绍 PTC 正温度系数热敏电阻又称 poly switch ，聚合物自复保险丝 (polymer resettable fuse)    聚合物自复保险丝由聚合物基体及使其导电的碳黑粒子组成。由于聚合物自复保险丝为导体，其上会有电流通过。当有过电流通过聚合物自复保险丝时，产生的热量（为 I2R ）将使其膨胀。从而碳黑粒子将分开、聚合物自复保险丝的电阻将上升。这将促使聚合物自复保险丝更快的产生热、膨胀得更大，进一步使电阻升高。当温度达到 125 ° C 时，电阻变化显著，从而使电流明显减小。此时流过聚合物自复保险丝的小电流足以使其保持在这个温度和处于高阻状态。当故障清除后，聚合物自复保险丝收缩至原来的形状重新将碳黑粒子联结起来，从而降低电阻至具有规定的保持电流这个水平。上述过程可循环多次 . 图例说明 PTC 的保护原理如下图 : 冷态 PTC 电阻值仅几十毫欧 , 而热态电阻值可达几百千欧姆 . 2.    锂离子电池的保护线路 本文主要以图例进行说明   上图为典型的锂离子保护线路原理图 ,B+, 和 B- 代表典型的正负极 , 而 P+ 和 P- 代表成品手机电池的正负极输出 ( 见上图 ). 2.1.         锂离子保护线路的保护参数 另外 , 复杂高级的锂离子电池 ( 比如智能锂离子电池 ) 还会包含温度保护 , 电量计量 , 实时时钟和电子范围标识码 . 2.2.         锂离子电池保护原理细解 ①　   过充保护 当充电电压超出保护值是 , 触发保护线路动作 , 关断开关管 Q1. ②　 过放保护 当负载使电池电压降低到保护电压以下时 , 触发保护线路 ,Q1 关断 . ③　 短路保护 短路保护电路分两种 , 一种是一旦触发后 , 短路故障排除 ,Q1 自行导通 , 另一种触发后不会自行恢复 , 需要外界强行充电后才会释放 Q1. 目前市场上这两种保护电路共存 . 2.3.         电池其它管脚的定义和解释     在许多手机的电池输出端 , 除了正负极 , 通常还会有一个或几个另外的输出端 , 典型有如图的两种 ,NTC 电阻和 ID 电阻 . ①　 ID 电阻的原理 简单讲就是手机通过读取该管脚电阻的阻值来获悉电池的类型 ( 根据阻值的不同来区分镍氢电池和锂离子电池 , 区分大容量电池和普通容量电池 ) ②　 NTC 电阻 NTC 电阻正好是前面 PTC 电阻的相反 .NTC 是负温度系数热敏电阻的简拼 . 简单讲手机通过读取该电阻的阻值获取电池的温度值 . 籍以进行相应的保护动作 . 比如在 0~45 度以外的环境 , 手机不进行充电 , 在 -20~60 度的范围之外手机强行关机 , 以此来保护在非电池容忍环境里的危险操作 . ③　 NTC 原理    NTC 电阻的阻值和温度的对应关系如上图所示 , 图中可以看出 , 该电阻对应温度有一个非常明确的对应关系 . 该电阻还可以用来进行一些电路的负温度补偿 .  

【动手做个移动电源】 8   BQ2057 简介（ 1 ）——基本功能（画原理图 ing ……） 很久没有更新了，除了其他事情比较忙之外，最主要是开始画原理图才发现，之前以为的周期很快，等实践时因为工具不太熟悉（从来没用过这个画原理图，所有的东西要重头建，不像AD或者Mentro都有长期积累的东西），再加上相关的器件选型以及对应的封装建库等，发现周期还比较长，无奈跳票。无法按照之前说的年前出来东西了，非常抱歉，原理图整好后就发出来并做一个简单的介绍。这一节还是针对之前提到的那个充电方案做一个讲解…… 在中途方案描述里面有说到过，本来最早想选 BQ2416x 系列的充电芯片的，那个芯片的方案广泛应用，而且不管是技术、效率还是充电时间来说，都算是业界主流 。但是对 DIY 的业余爱好者来说，这种新器件比较难买而且价格较为昂贵 ~ 所以，在评估了这些因素之后，还是选用了现在已经非常成熟的以个 BQ2057 器件的方案。在好买的同时保证器件 / 方案的品质，当然我本身也没用过这颗料，所以，大家一起学习。 Step 1 找器件资料 首先，我们登录 TI 的官网看一下这个器件的相关描述： 说明就很清晰了， BQ2057 是到 4.1V 的充电 IC ，子型号 BQ2057C 才是对应 4.2V ，其余两个都是用于双节串联电池的。所以，我们选择 BQ2057C 的型号器件，点击进入。 Down 下 BQ2057C 的 Datasheet 打开。 Step 2 初步熟悉器件功能 在这个器件资料中，该器件有多种封装（功能一致， pin 排列不一致，可能某几个封装是为了 pin2pin 其他老产品或者竞品吧！），我们选择如下封装器件（前几天像 TI 申请到的样片里有这种封装器件） BQ2057CDGK 从器件封装图可以清楚发现该器件为 8Pin ， pin name 及其功能分别如下： VCC ：输入电压，有效范围 -0.3~18V ； TS ：温度检测输入管脚； STAT ：充电状态输出管脚，能指示 3 种充电状态——充电完成、温度异常、睡眠模式； VSS ： GND ； CC ：充电控制管脚，实际就是外部晶体管（ PNP 三极管或者 P-MOS FET ，常用 P-MOS 管）； COMP ：充电速率补偿输入，设置充电速率补偿等级，电压标准输出能够程序可控去改变电池充电电流； SNS ：电流采样，通过电池充电通路上的采样电阻采样电流，采样电阻可放在电池的 V+ 通路或者 V- 通路（ V+ 通路和 V- 通路对应 High-Side 电流采样和 Low-Side 电流采样，两种方式电路不一致）； BAT ：电压采样，电池端的电压采样管脚； 参考设计如下，实际上，可以认为我们采用的是 Q1 作为 LDO 器件的压降管， 2057 这个芯片，通过检测 BAT 的电压，来调整 LDO 的输出，比如 VBAT 电压为 3.5V ，充电时实际上这个管脚 LDO 输出会直接到 3.5+x 的电压似的有充电电流从 DC+ 到 Vbat ，而这个通路上的电流时会被 RSNS 这个采样电阻体现压差，从而控制芯片就清楚当前的一个充电电流而通过调整 Q1 来调整输出电压达到稳定充电电流的目的。 如下这个 0.5A 的参考设计应该是我们重点要关注的， MOS 管的性能会优于 PNP ，当然成本也会更高一些，好了，着重针对这个电路来做一个分析 如上，芯片 +MOS 就认为是一个 LDO ，我们需要考虑的是 MOS 管的选型，怎样能让充电电流做的更大，和 CPU 的接口如何处理 ~ 这个在下一节一起学习一下吧 ~~ 就剩这块的原理图还在画了，目前就抽空把这个也说一下，倒时直接上图布线。 PS：发现邮箱中较多网友的问题，没有立即回复非常抱歉，因为平时用公司的邮箱比较多，个人邮箱没想到有这么多邮件~~后续会关注，多谢大家支持~