如果問(wèn)手機(jī)上的Buck charger有什么獨(dú)特之處，那么路徑管理功能（Power Path Management）便是繞不開(kāi)的一個(gè)話(huà)題。路徑管理功能決定了電能如何在充電器、電池和系統(tǒng)供電這三者之間高效、安全地流動(dòng)。
當(dāng)前手機(jī)上普遍使用NVDC路徑管理功能，NVDC為narrow voltage DC的縮寫(xiě)，narrow為窄的意思，至于哪里窄，后面會(huì)說(shuō)到。
有了路徑管理功能后，手機(jī)會(huì)根據(jù)充電器的插入/拔出狀態(tài)、電池能力以及當(dāng)前系統(tǒng)功耗，自動(dòng)且動(dòng)態(tài)地分配能量路徑，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：
- 優(yōu)先保障系統(tǒng)的供電：這是最為重要的概念，因?yàn)橄到y(tǒng)不喂飽的話(huà)，分分鐘死機(jī)重啟，那你要這勞什子手機(jī)還有什么用。
- 電池充放電依情況而定：在合適的時(shí)候，才以合適的電流給電池充電，不合適的時(shí)候甚至轉(zhuǎn)為放電。
為了講清楚路徑管理功能，我們先要從不帶路徑管理功能的充電芯片講起。
不帶路徑管理功能的Buck charger
如下圖，列舉了低端消費(fèi)品上可能在用的、不帶路徑管理功能的Buck charger IC�？梢�(jiàn)電池的VBAT直接連接到系統(tǒng)VSYS，兩者之間沒(méi)有阻隔。那么在這種情況下，至少會(huì)有以下問(wèn)題，且這些問(wèn)題將影響用戶(hù)體驗(yàn)：
- 即使你插了充電器，也得先將電池充起來(lái)，產(chǎn)品才能有反應(yīng)，不然的話(huà)，啥反應(yīng)都沒(méi)有（亮個(gè)圖標(biāo)也行�。�。如果電池處于深度放電狀態(tài)，則需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能把電池充起來(lái)，這一定程度上降低了用戶(hù)體驗(yàn)。
- Icharge = Isys + IBAT電流，當(dāng)charge IC想進(jìn)行充電截止時(shí)，Isys的抽載會(huì)影響截止。如果誤截止，則可能充不飽，或者充得過(guò)飽而傷害電池。
- 電流在有可能在電池和負(fù)載之間反復(fù)流轉(zhuǎn)，造成不必要的能量損失。
帶路徑管理功能的Buck charger
如下圖，在上面方案的基礎(chǔ)上，引入了一個(gè)MOS管（行業(yè)內(nèi)部稱(chēng)為Q4管，也稱(chēng)BATFET），該MOS把VSYS和VBAT隔開(kāi)，并引入配套的控制策略，便實(shí)現(xiàn)了路徑管理功能。
那為什么一個(gè)MOS就能有這么大的作用呢？我們可以看下它接下來(lái)能不能實(shí)現(xiàn)最初定的目標(biāo)。
NVDC關(guān)鍵feature - 動(dòng)態(tài)供電
我們便要著手實(shí)現(xiàn)我們的目標(biāo)，第一個(gè)目標(biāo)便是動(dòng)態(tài)供電，TI叫做DPM，即Dynamic Power-Path Management。使系統(tǒng)可以根據(jù)充電器的能力和系統(tǒng)抽載而自動(dòng)調(diào)整電池的充電電流，而且優(yōu)先保系統(tǒng)！系統(tǒng)是親兒子，電池是干兒子。
充電芯片的輸入端有個(gè)ICL（TI叫做INLIM）的參數(shù)，它將進(jìn)手機(jī)的功率限死了，比如某手機(jī)廠通常將ICL設(shè)定為1.5A，那么9V充電時(shí)，最大的輸入功率就被限制為：9*1.5 = 13.5W。
Pin = PSYS + PBAT，當(dāng)系統(tǒng)抽載較大，導(dǎo)致IBUS電流達(dá)到ICL設(shè)定的限流值時(shí)，便觸發(fā)DPM環(huán)路，此時(shí)進(jìn)電池電流減少，直到IBUS小于ICL。外在表現(xiàn)為充電器優(yōu)先為系統(tǒng)供電，不惜犧牲充電電流值。
可見(jiàn)，通過(guò)Q4管把VSYS和VBAT隔離開(kāi)，就像分房間住一樣，方便各自控制PSYS和PBAT，互不干擾。
需說(shuō)明的是，充電IC處于DPM環(huán)路控制時(shí)，是不會(huì)截止的，只有退出這個(gè)DPM控制才可以截止，datasheet中說(shuō)的很明白。
NVDC關(guān)鍵feature - BSM模式
如果手機(jī)系統(tǒng)的抽載特別重，即使把電池的充電電流降為零（Q4管關(guān)閉），仍然不能滿(mǎn)足系統(tǒng)抽載時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)進(jìn)入BSM（battery Supplement Mode）模式。此模式下，電池會(huì)轉(zhuǎn)換為放電狀態(tài)，然后與充電器一起給系統(tǒng)供電。
可見(jiàn)電池雖然是干兒子，但為人實(shí)在且講義氣，仿佛在跟系統(tǒng)說(shuō)：“兄弟有難，我兩肋插刀啊”。
那么是如何實(shí)現(xiàn)的呢？
實(shí)現(xiàn)方案也很簡(jiǎn)單，在芯片內(nèi)部集成了一個(gè)比較器，當(dāng)系統(tǒng)電壓VSYS因?yàn)槌檩d的原因跌落到電池電壓以下時(shí)，BATFET（Q4管）就會(huì)重新打開(kāi)。由于電池電壓高于VSYS電壓，電池將對(duì)外放電，即按照下圖中橙色的箭頭所示的路徑參與對(duì)系統(tǒng)的供電，稱(chēng)為雪中送炭亦不為過(guò)。
如下圖，為手機(jī)buck charge IC BSM模式的波形。IBAT為正表示進(jìn)電池電流（充電），負(fù)表示出電池電流（放電），我們能夠觀察到DPM和BSM的表現(xiàn)。
NVDC關(guān)鍵feature - BATFET兩種模式
有了NVDC路徑管理功能后，即使電池過(guò)放，我們插上充電器后，充電IC將輸出一個(gè)比最小系統(tǒng)電壓（典型值為3.5V，寄存器可配置）高150mV的電壓，保證手機(jī)系統(tǒng)有電壓供給，有電才有一切。
如下圖，如果VBAT低于設(shè)定的最小系統(tǒng)電壓時(shí)，BATFET將會(huì)運(yùn)行在線(xiàn)性模式（LDO mode)，此時(shí)充電IC輸出的Vsys電壓將會(huì)比設(shè)定的最小系統(tǒng)電壓高150mV；當(dāng)VBAT上升到比最小系統(tǒng)電壓高時(shí)，BATFET將完全導(dǎo)通（full on mode），此時(shí)充電IC輸出的Vsys電壓被調(diào)節(jié)在比電池電壓高70mV左右的一個(gè)電壓。
由于full on mode下，VSYS被設(shè)計(jì)為緊緊跟隨電池的電壓，兩者極為靠近，像戀愛(ài)中的男女“貼貼”一樣，這也是“Narrow Voltage”，NVDC名稱(chēng)的由來(lái)。
總結(jié)下，BATFET（Q4管）雖把VSYS和VBAT隔離了，像一道屏障一樣，使電池深度放電時(shí)亦不影響VSYS端，但兩者電壓極為貼近。
有人也許會(huì)問(wèn)：“我手機(jī)放置很久，過(guò)放了，沒(méi)見(jiàn)插上充電器就開(kāi)機(jī)啊”。這其實(shí)是手機(jī)開(kāi)機(jī)耗電太大了（實(shí)測(cè)下來(lái)大于3A）所致，buck charger客觀上已經(jīng)提供VSYS了。如果開(kāi)機(jī)電流能優(yōu)化下去，就可以實(shí)現(xiàn)直接開(kāi)機(jī)了，而不是僅僅顯示個(gè)充電圖標(biāo)。
NVDC關(guān)鍵feature - Ship mode
Ship mode，運(yùn)輸模式。由于倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)和物流中轉(zhuǎn)，電子產(chǎn)品通常會(huì)有開(kāi)箱虧電的情況，即用戶(hù)開(kāi)箱的那一刻手機(jī)不能立即開(kāi)機(jī)，而是充會(huì)電才能開(kāi)機(jī)，這將嚴(yán)重影響用戶(hù)體驗(yàn)。目前手機(jī)均集成了Ship mode功能，專(zhuān)治開(kāi)箱虧電的尷尬。
其本質(zhì)上就是最低靜態(tài)電流模式，手機(jī)產(chǎn)品會(huì)在出廠時(shí)開(kāi)啟運(yùn)輸模式，這樣便在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)輸、儲(chǔ)存過(guò)程中，減小了電池的電量流失，最大限度地延長(zhǎng)電量。
以MPS家的某buck charger IC為例，其未開(kāi)啟運(yùn)輸模式時(shí)待機(jī)功耗為44μA ，而開(kāi)啟運(yùn)輸模式后待機(jī)功耗只有8.5μA ，而這就是通過(guò)關(guān)斷Q4管實(shí)現(xiàn)的。
那么如何退出Ship mode呢？
buck charger IC有個(gè)QON引腳，用于控制運(yùn)輸模式的退出，在手機(jī)電路上通常連接到開(kāi)機(jī)鍵。這樣用戶(hù)第一次開(kāi)機(jī)的動(dòng)作就讓手機(jī)退出運(yùn)輸模式了。此外，除了按開(kāi)機(jī)鍵，我們插入充電器，也可以自動(dòng)退出Ship Mode。
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