攻城狮解析丨开发板电源架构解析之OK4418-C（下）

Posted 2021-03-02

上一期对 《OKMX6UL-C开发板底 板电源架构》 进行了分析，相信对用户是有一定的帮助的。这一期准备对同样有点复杂的OKxx18_C的电源架构做一个详细的梳理。

我们要知道飞凌S5P4418/688系列 FETxx18核 心板 支持以下三种供电方式：

? ADP供电，通过J1（电源插座）供入底板，经过U11（FDS4435）直接供给核心板PMIC。

? USB供电，由OTG接口直接供给核心板PMIC。

? VBAT供电，由锂电池供给核心板PMIC。

▲核心板PMIC（NXE2000）锂电池充电框图

AC适配器充电过程
当ADPDET检测到VADPA/VADP1/VADP2引脚有电源输入，此时PMU进入ChargeReady 并且开始调节VSYS输出。在检测到电池有连接的时候，PMU进入TrickleCharge。

在TrickleCharge（涓流充电）模式下，PMU开始定时40分钟，并且以40mA电流给无电电池充电或者以85mA电流给电量不足电池充电。如果在40分钟内电池电压到达良好电压，这时PMU改变状态，从TrickleCharge转为RapidCharge（快速充电）。

电池电压和电池电流的关系如下图所示。充电电流、限制电流、VSYS电压和电池充满电电压是可以设置的。

PMU也可以在没有电池的情况下调节VSYS输出。

USB充电过程
当USBDET检测到VUSBA/VUSB有电源输入时，PMU进入ChargeReady状态并且开始调节VSYS输出。

在检测到有电池连接后，PMU进入TrickleCharge。

在TrickleCharge（涓流充电）模式下，PMU开始定时40分钟，并且以40mA电流给无电电池充电或者以85mA电流给电量不足电池充电。

如果在40分钟内电池电压到达良好电压，这时PMU改变状态，从TrickleCharge转为RapidCharge（快速充电）。

电池电压和电池电流的关系如下图所示。充电电流、限制电流、VSYS电压和电池充满电电压是可以设置的。

PMU会与外部检测功能相结合，并且该结果会控制充电限制电流。

当暂停请求建立，PMU会将状态改变为暂停模式，停止给电池充电并且从电池提供电压（放电）。当暂停请求结束后，PMU将状态改变为ChargeReady，重新对电池充电。

峰值辅助模式
当VSYS从ADP引脚和USB引脚供电时，PMU支持峰值辅助模式。如果Systemload current(Isys)(系统负载电流)低于限定电流(Ilim)，给电池充电电流(Ichg)与Ilim和Isys有以下关系：

Ichg = Ilim – Isys.

Ex) Ichg = 0.5A – 0.25A = 0.25A.

如果Isys大于Ilim，此时PMU进入峰值辅助模式并且停止充电，电池通过内部MOSFET对VSYS放电。电池放电电流(Ichg)与Isys和Ilim有以下关系：

Ichg = ilim – lsys.

Ex) Ichg = 0.5A – 1.0A = -0.5A.

上述内容只是对NXE2000充电流程进行了一个简单的梳理，具体的状态描述及寄存器设置等内容详见NXE2000datasheet。

核心板PMU部分就梳理到此，感兴趣的小伙伴可以参考核心板原理图和NXE2000进行深入的分析。下面说一下底板的电源架构，以及时如何与核心板进行配合工作的。

前半部分同样是飞凌常用的过压保护电路（如果客户的供电模块已经具备此功能则可以省去该部分电路），后半部分则是xx18独有模拟锂电池供电和真是锂电池供电切换电路。

如下图所示：

从 S5P4418 PMIC充电架构可以看出，DC和USB供电先通过DCDC降为VSYS，再由VSYS给电池充电和给系统供电，其中ILPILM引脚所接的20mΩ为充电电流检测电阻。

目前批量的核心板拆除了这个电阻，原因为底板采用的是DCDC模拟电池供电方案，就是说充电部分与电池电源部分均为DCDC降压电路，在使用过程中存在隐患，如客户需要充电或者DC/USB供电方式，并且不需要充电电流检测可以直接焊接0欧姆电阻在R91位置。

底板采用DCDC进行模拟供电的原因有以下几点：

1、TPS5432有使能端，可以方便进行供电方式的切换

2、DCDC可以方便的进行电压的微调，模拟不同电池电量

3、降低整板功耗

■ 底板U11（空焊）为DC供电时电源入口

■ 底板U5为模拟电池供电电源入口

■ 底板P1（空焊）为真实电池供电电源入口

■ 底板U22为核心板启动后底板5V电源入口（为防止闩锁效应发生外设上电需晚于CPU上电）

模拟电池供电

底板默认为此方案供电，可实现底板模拟电池通过VBAT给核心板供电。

真实电池供电
空焊U5，焊接P1口，并且底板需要将R184改为0R电阻，单节锂电池需要连接到P1口，如需要使用核心板PMIC充电功能需要焊接核心板R910.02R精密电阻，如不需要充电电流检测则可以直接焊接R910R电阻，之后既可使用DC或者USB作为充电口给锂电池充电。

单独DC供电方案
空焊U5，底板将R184改为0R电阻，焊接U11，核心板需要焊接R910R电阻，既可使用底板DC5V口作为核心板供电电源。

TipsDC单独供电并且开发板作为device时插拔OTG会造成系统断电重启。如果核心板使用DC单独供电时，必须将PMIC_ICP、PMIC_ICM引脚接地。

单独USB供电方案
底板需要将R184改为0R电阻，焊接U11，核心板需要焊接R910R电阻，既可使用底板MICROUSB口作为核心板供电电源。

Tips

1、目前由于所使用的PMICNXE2000存在BUG，DC单独供电在不接电池的情况下，连接USB供电线PMIC会进行供电方式切换，由DC供电切换到USB供电并且造成短暂系统断电！

2、使用VBAT供电时，无论是模拟电池还是真实电池都必须将PMIC_ICP,PMIC_ICM接地，如使用电池充放电电流检测请将PMCI_ICP接到电池负极再串联0.02R电阻后接地（参照底板）。

3、VBAT_THERM为电池过热保护引脚，如电池自身有此功能可以直接连接，并将底板R8拆除，否则在VBAT供电方式下需要通过10K电阻将此引脚下拉到地。