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      重磅新品 | 南芯推出國內首款NVDC Buck-Boost 筆記本充電IC——SC8885/6

      發布日期:2021-05-11   瀏覽量:3416

      01

      引言

      隨著USB-C的廣泛應用,越來越多的筆記本電腦的電源口輸入采用了Type-C接口。一方面Type-C可以滿足日益增大的電源和數據功能需求,另一方面也方便不同便攜電源進行適配。針對筆記本USB PD快充應用的Buck-Boost的充電IC也應運而生。

       

      上海南芯半導體作為國內第一個推出Buck-Boost產品線的公司,在原有Buck-Boost架構上繼續深耕完成產品升級迭代,推出了第四代Buck-Boost產品SC8885/SC8886,維持了在該領域的領先地位。SC8885/SC8886系列也是國內第一顆集成NVDC路徑管理的Buck-Boost充電IC,針對IntelCPU供電的特性,可以滿足1-4節不同節數下的筆記本應用,填補了國內廠商的空白。

      圖1. SC8885/SC8886典型應用圖

       

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      02

      NVDC動態路徑管理功能

      傳統的charger IC由于系統直接通過電池取電,導致系統供電非常受限。傳統charger系統供電存在以下缺點:

      a )   電池電量用盡后,需要等待一段充電時間,將電池電壓充高到系統最低工作電壓,才能完成系統開機。
      b )   DC/DC轉換器能夠提供的電流能力受到電池所處充電階段限制,電池若處于涓流充電階段,由于充電電流Ichg需要同時分配給系統和電池,導致最終電池充電電流Ibat=Ichg-Isys更小。

       

       

       

       

      2. Traditional charger示意圖

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      3. NVDC charger示意圖

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      SC8885/SC8886集成的NVDC路徑管理功能,通過新增的BATFET,實現了將系統供電和電池充電分開管理,具備以下優點,更適配于筆記本充電應用:

      a )   低壓電池情況下,無需等待電池充電激活,即插即用。適配器接入,SC8885/SC8886即可輸出最低系統電壓,從而保證系統供電,實現低壓電池甚至無電池下正常開機使用。
      b )   減少電池充放循環次數,有效提升電池壽命。電池充滿后,BATFET充電功率管會自動關斷,將系統供電和電池充電分開。此時系統負載直接由適配器提供,不需要電池參與,有效減少電池充放電的頻次。
      c )   動態功率管理,優先保證系統功率輸出。SC8885和SC8886內部集成IINDPM輸入限流環和VINDPM輸入限壓環,可以實現Supplement Mode補電和Ideal Diode補電,在適配器功率不足時,自動減小電池充電電流,甚至平滑切換成補電模式,以優先保證系統峰值功率輸出。

       

      03

      兩級峰值限流功能

      筆記本電腦CPU工作過程中出現的功率峰值會超過適配器額定功率一定范圍,因此要求charger IC具備提供超額功率的能力。鑒于適配器AC/DC端存在大量輸出電解電容,即使系統拉載超過適配器額定電流,也同樣可以維持~ms級別持續時間。基于該特性,SC8885/SC8886 集成兩級峰值限流保護功能,在觸發第一級輸入限流ILIM1后,會快速將限流增大至第二級限流ILIM2,盡量從適配器獲取更多功率,用于滿足系統端CPU短暫性的峰值功率需求,從而減輕對于適配器側更高功率的設計要求。

       

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      4. 兩級峰值限流示意圖

       

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      系統最低工作電壓主動保護功能

      SC8885/SC8886內部集成VAP(Vmin Active Protection)功能,該功能實時監測系統電壓,并可將輸入VBUS端的電容能量快速用于系統功率補電,從而有效防止系統峰值功率條件下系統電壓被下拉到低于最低系統電平,以避免黑屏等問題。

       

      SC8885/SC8886在電池電量足夠時,通過OTG反向工作的方式將能量儲存于輸入端的大容量電解電容。一旦系統出現峰值功率,SC8885/SC8886在檢測到Vsys電壓跌落后,會快速切換為正向充電模式,將輸入電容上儲存的能量補充系統瞬態負載;同時發送中斷到SoC提醒主控降頻,保證峰值功率不會持續,從而有效避免系統電壓被拉垮,發生關機黑屏。

       

       

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                                                                                         圖5. 開啟VAP功能后,電池反向給輸入電容儲能


       

       

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      6. Vsys跌落,開啟正向模式給系統供電

       

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      直通功能

      為獲得更為高效的轉換效率,SC8885/SC8886還提供了Q1和Q4接近100%占空比直通模式,從而Buck-Boost轉換器路徑上只存在功率MOSFET和電感DCR產生的路徑損耗,實現超高效率帶載。

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      7. 直通模式示意圖

       

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      超高轉換效率功能

      SC8885/SC8886支持高水平轉換效率,從容應對65W以上功率等級的筆記本應用。在20V適配器輸入下,4節電池充電效率最高可達96.5%,3節電池充電效率最高可達95.4%,2節電池充電效率最高可達93.4%。


      圖8. 充電效率曲線

       

      25°C環溫條件下,20V輸入時,4/3/2節電池在8A大電流下充電,溫升分別對應62.5°C/61.6°C/59.7°C

       

       

       

       

       

       

      圖9. 8A充電電流下溫升測試

       

      07

      SC8886/SC8886性能優異

      SC8885/SC8886還針對筆記本應用,集成優化了一系列其他功能:

      a )   寬范圍Buck-Boost無縫切換,適配PD應用

      SC8885/SC8886輸入工作電壓為3.5V~24V,輸出可支持1-4節電池應用,無論適配器低于,等于還是高于電池電壓,只需要單顆IC即可保證全輸入范圍下的系統帶載和快速充電,完美兼容當前USB-C協議和USB PD協議標準的適配器,應用范圍廣泛。

      b )   高精度助力充電更安全可靠

      SC8885/SC8886支持大范圍、高分辨率高精度可調充電電流和充電電壓設置。其中充電電流可高達到8A以上,支持最小調整步徑64mA,滿足±32mA精度,助力大功率筆記本快充應用設計;充電電壓范圍可以支持1-4節電池全范圍應用,電壓最小調整步徑達到8mV/step, 滿足±0.5%@0~+85°C的精度,,適用于不同電池平臺。除此之外,輸入限流支持硬件配置和軟件配置的雙重設計,增強系統可靠性。

      c )   集成符合Intel規范要求的相關功能

      SC8885/SC8886內部集成了實時且快速響應的PSYS/IADPT/IBAT pin,用于監控系統功率,適配器電流和電池電流;同時集成了符合Intel規范的/PROCHOT pin,實現快速CPU中斷提醒。

      d )   豐富的系統應用功能,輕松實現系統設計

      • SC8885/SC8886集成了適配器最大功率自動算法ICO/Learn mode/Shipping mode等一系列豐富的應用功能,從容應對系統應用需求。

      • SC8885/SC8886集成了超音頻OOA PFM模式,即使在空載和輕載下也保持20kHz以上開關頻率,避免充電主板產生人耳可接收噪聲。

      • SC8885和SC8886分別支持SMBus和I2C通信接口,方便支持不同AP平臺應用。

      • SC8885/SC8886同時支持800kHz和1200kHz兩檔開關頻率,分別適用于纖薄機身和空間有限的筆記本下的2.2μH/1μH電感。輸入/輸出端電流sense電阻均可支持10mΩ和 5mΩ 兩種可選,應用靈活。

      • 集成8通道的高精度10-bit ADC,可以檢測系統功率/適配器電壓/系統電壓/電池電壓/輸入輸出電流/電池充放電電流,方便主機實時監控充電器的工作狀態。

      e )   齊全的保護機制,多達14重

      內部集成了多達14重保護,包括輸入過欠壓保護/輸入過流保護/輸出過壓保護/輸出過流保護/輸出短路保護/電池過壓保護/電池放電過流保護/逐周期過流保護/芯片過熱保護,可以有效防止應用中出現的誤操作和器件損壞引發的危險,保護IC和系統。

       

       

       

       


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