隨著科技的發展，各類電子產品逐漸走近我們的生活。大家對電子產品的需求也逐漸從有線電子產品演變為無線電子產品，如無線鼠標，無線鍵盤，無線耳機等。

無線電子產品應用越來越廣，也伴隨著充電的功能和性能需求越來越強。在各類小型無線電子產品中，線性充電架構以簡單可靠、低噪聲、小尺寸、低成本等優點，受到最多的青睞。

線性充電定義

線性充電通過線性調節器來控制充電電流，使電流直接流經調節器進入電池。這種方式的優點是電路簡單、成本低且噪聲小，適用于小容量電池充電應用場景。為增加大家對線性充電的認識，本文將介紹線性充電的原理、艾為線性充電的功能性介紹和線性充電的設計注意事項。

線性充電原理

圖1 艾為線性充電框架圖

線性充電框架圖如圖1，當IN端輸入電壓(常規為5V)，通過Q1A和Q1B管降壓到SYS端。當SYS端電壓高于BAT端，可通過軟件打開Q2A管，從SYS端給BAT端電池充電。

圖2 充電曲線

線性充電的充電曲線如圖2，可大致分為：預充電、恒流充電(CC)、恒壓充電(CV)、充電完成、自動復充階段。以下將簡單介紹各階段及其特點。

預充電：在進入充電流程后，芯片會判斷電池電壓。當電池電壓小于設定的VBAT_PRE(兩檔可調，2.8V/3V)，芯片進入預充電階段。此時充電電流較小(可調，1~31mA，2mA/step)，以保護電池在低電量下不會由于大充電電流而誤觸發保護或壽命衰減。

恒流充電(CC)：當芯片判斷電池電壓在VBAT_PRE與VBAT_REG之間時，芯片處于恒流充電階段。此時充電電流較大，最大可配置到500mA。在該階段中，充電電流保持不變，電池電壓逐步上升。

恒壓充電(CV)：當芯片判斷電池電壓達到VBAT_REG后，芯片處于恒壓充電階段。此時電池電壓保持不變，充電電流逐漸減小(電流變化過程由電池控制，不受芯片控制)。

充電完成：在恒壓充電階段，當充電電流降低至ITERM(可調，1~31mA，2mA/step)，芯片進入充電完成流程，而后不再對電池充電。

自動復充：在充電完成后，當芯片檢測到跌落至VBAT_REG-VRECH且VIN在位，將觸發自動復充機制，自動恢復充電。

線性充電優勢

在很多場景中需要用到線性充電，主要因為它具有以下優勢：

01 簡單可靠

1. 電路結構簡單，線性充電芯片通常由較少的電子元件組成，設計相對簡單，降低了電路的復雜性和成本。

2. 穩定性高，工作過程中沒有復雜的開關動作，輸出電壓較為穩定，不易產生電磁干擾，對周圍電子設備的影響較小。

02 低噪聲

1. 運行安靜，在充電過程中不會產生開關噪聲，特別適用于對噪聲敏感的應用場景，如音頻設備、醫療設備等。

2. 減少干擾，不會干擾其他電子元件的正常工作，保證整個系統的穩定性和可靠性。

03 小尺寸

占用空間小，由于電路簡單，線性充電芯片可以實現小型化設計，適合集成到空間有限的電子設備中，如便攜式設備、可穿戴設備等。

04 成本效益

與一些復雜的充電技術相比，線性充電芯片的成本較低，對于成本敏感的應用場景具有很大的吸引力。

艾為線性充電的性能介紹

艾為線性充電芯片不僅能實現對電池的充電，同時還集成各種保護機制和檢測機制。下面以艾為線性充電芯片AW32012CSR為例，簡單介紹艾為線性充電芯片的功能：

電源路徑管理

圖3 電源路徑管理功能圖示

電源路徑管理功能如圖3。當VSYS端負載抽電流時，優先從VBUS取電，當VBUS不足以提供所需電流時，Q2管切換為從電池端補充取電。VBUS在位時，VSYS默認有輸出電壓。當終端客戶插入適配器后，系統可被立刻打開，在適配器支持系統負載后有額外輸出能力，可以分配到給電池充電。

動態電源管理

對電源VBUS的跌落保護。為了保證輸入電壓不會跌落到設定值(0x00寄存器bit7~bit4)，在接近設定值(約200mV)時，開始降低充電電流以保證VIN電壓不會繼續跌落。

如果充電電流降低到0，VBUS仍低于設定值，芯片會降低VSYS電壓。當VSYS電壓降低到VBAT-30mV，會進入電池供電模式，VSYS負載電流由VIN和VBAT共同提供。當VSYS端負載電流減小，VSYS爬升到>VBAT+20mV，退出電池供電模式。

船運模式

進入船運模式后，切斷VSYS端供電，同時關閉芯片內部分模塊，令IC進入超低功耗模式。保證即使整機遠航運輸或者倉庫長時間保存也不會損失過多電池電量。

NTC保護功能/PCB_OTP保護功能

NTC保護功能

硬件上通過查找NTC電阻表，分別將高低溫度下的電阻值代入到計算公式中即可獲得實際電路中需要的RF1和RF2，只有在這個高低溫度范圍內IC會進行充電。軟件上需要將對應寄存器位開啟，即打開NTC功能。若觸發NTC保護，芯片將關閉Q2管，關閉充電路徑和電池放電路徑，此時VSYS僅通過VBUS供電。

PCB_OTP保護功能：

原理上與NTC類似。為對PCB的溫度檢測。溫敏電阻設計在PCB板上。若觸發PCB_OTP保護，芯片將關閉Q1B和Q2管，此時VSYS電壓無法供應，整機關機，以防止整板繼續升溫。

INT中斷引腳功能

復位功能：

1、長下拉INT引腳可短暫斷開VBAT與VSYS(即Q2管)，使得VSYS系統端電壓掉電重啟。 2、在船運狀態下，長下拉INT引腳可退出船運。

狀態指示功能：

芯片在出現VBUS接入狀態和充電狀態改變時，或出現以下表格中的異常狀態時，會產生256us的低電平中斷脈沖輸出。具體異常狀態如下表：

表1 異常狀態

表2 異常狀態

Switch mode模式

在VBAT對VSYS供電狀態下，進入switch mode，可關掉部分保護功能，將芯片的靜態功耗降低至0.7uA(type)以下。

通過VBUS復位VSYS

在系統主控有宕機風險，而由于整機設計暫無法使用INT引腳復位VSYS(如未將INT引腳引出作為物理按鍵等場景)時，可通過對AW32012的VBUS發送一定要求的波形，使VSYS電壓復位，從而復位系統主控。

圖4 VBUS復位VSYS功能圖示

設計注意事項

關于線性充電外圍原理圖設計，注意事項如下：

圖5 線性充電外圍原理圖

關于線性充電外圍PCB設計，注意事項如下：

圖6 線性充電外圍PCB設計

圖7 線性充電原理圖設計圖示

線性充電應用場景及艾為線性充電產品介紹

線性充電應用場景

線性充電IC適用于小電池容量的便攜式設備和可穿戴設備。如頭戴式/TWS藍牙耳機、藍牙鍵盤、智能手表、智能手環、智能眼鏡、手寫筆等。

圖8 線性充電IC常見應用場景

以智能手表為例，線性充電在整體方案中的應用位置如圖7所示。

圖9 智能手表應用框架及線性充電應用位置

艾為線性充電產品介紹

目前艾為擁有帶路徑管理和不帶路徑管理的線性充電產品，適用于不同的應用場景。對于需要路徑管理的充電場景，推薦選用AW32012CSR該款產品。對于不需要路徑管理的充電場景，推薦使用AW32005/AW32006系列產品。

圖10 線性充電IC特色產品

圖11 線性充電IC產品列表

圖12 線性充電IC產品列表

圖13 線性充電IC產品列表