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Caricabatterie di un telefono cellulare standard con porta USB

Caricabatterie di un telefono cellulare standard con porta USB

Antefatto sui caricabatterie USB

Il Ministero dell’Industria dell’Informazione Cinese (MII) ha obbligato tutti i produttori di cellulari a conformarsi al nuovo standard per l'interfaccia dei caricabatterie telefonici, che si chiama YD/T 1591-2006 requisito dell’interfaccia e del metodo di collaudo del caricabatterie del telefono cellulare.

Prima del lancio di questo standard, ogni produttore aveva la propria interfaccia dell'adattatore di potenza, con differenti specifiche elettriche e fisiche. A causa di motivi tecnici e commerciali, alcuni fornitori offrivano perfino adattatori di potenza differenti per la stessa marca! Questo standard unifica l’interfaccia dell'adattatore di potenza AC/DC con lo standard USB di tipo A con uscita a 5V DC , quindi i nuovi telefoni cellulari, anche di fornitori diversi, possono condividere adattatori comuni o possono essere caricati tramite una porta USB di un PC standard.

Gli utilizzatori del cellulare possono quindi portare con loro solo un cavo USB e telefonare strada facendo, in quanto la porta USB è disponibile ovunque. Si prevede che questo approccio possa ridurre gli adattatori di potenza nella vendita al dettaglio, e possa ridurre il costo complessivo delle BOM e l'inquinamento dovuto all'abbandono dei cellulari.

Credo che il nuovo standard influenzerà anche altri progetti di dispositivi portatili. Controllate la foto scattata con i miei dispositivi elettronici. Il mio Sony Ericsson K750 ha un normale caricabatterie di viaggio ed un kit USB. Il kit USB può caricare il cellulare sia tramite la porta USB di un PC sia tramite un piccolo adattatore di potenza USB. Anche il mio rasoio elettrico può utilizzare un adattatore di potenza USB. BTW, il mio rasoio elettrico, può anche funzionare con una porta USB di un PC, ma richiede una corrente di oltre 500mA. Il PC lancia un “warning” quando accendo il rasoio.

L'idea suddetta e' grande. Tuttavia comporta alcune questioni tecniche per i produttori di cellulari. Basato su questo standard, un adattatore AC/DC e' un adattatore di potenza che offre 5V con una tolleranza del 5%. L'adattatore "wall mount" può offrire ranges di corrente che variano da 300mA a 1800mA e la porta USB del PC può offrire 500mA. Il circuito del caricabatterie si trova all'interno del cellulare. Il progetto di un caricabatterie dovrebbe considerare gli sbalzi di temperatura, gli eccessi di corrente, gli eccessi di tensione, la dimensione del PCB e la posizione del montaggio.

 

 

Caricabatterie inseriti all’interno dei Telefoni Cellulari

Ci sono diverse soluzioni per il circuito del caricabatterie, a) componenti discreti, b) caricabatterie IC e c) un PMU con un componente di potenza esterno. La soluzione basata su componenti discreti è molto flessibile e facile per quanto riguarda gli sbalzi di temperatura, mentre i suoi punti deboli sono il costo elevato delle BOM e la difficoltà nel ridurre la dimensione dei PCB. I caricabatterie IC, provenienti da fornitori differenti, sono altamente integrati, facili per l’adattamento del PCB e per l’alloggiamento, ma di solito funzionano con una corrente nominale stabilita. L'ultimo approccio del PMU, con un componente di potenza esterno, sta ora dominando l'applicazione dei caricabatterie interni, in quanto offre una sufficiente flessibilità e può soddisfare il requisito della dimensione del PCB. Il componente di potenza esterno che funziona con un PMU potrebbe essere un FET, un dual FET, un BJT o un FETKY.

Un FETKY, se selezionato come il componente esterno con un PMU, presenterà una caduta di tensione non appena verrà attraversato dalla corrente di carica. Esso può presentare una caduta di 400mV su 500mA. Più carica di corrente si ha, più caduta di tensione viene generata. Non e' una buona soluzione utilizzare FETKY in ambedue le situazioni di lavoro, “wall mount” e fonti di potenza con porte USB. I Dual FET sono abbastanza buoni per questa applicazione, i vantaggi di questi componenti sono: bloccano la corrente inversa, permettono di caricare gli accessori Bluetooth con la corrente inversa e hanno un basso Rds. In aggiunta, la frequente commutazione genererà calore nei componenti e ridurrà il loro ciclo di vita. L'approccio dual FET può offrire la caratteristica di un sensore termico extra, disponibile per il controllo termico in grado di supportare un caricabatterie altamente efficiente e una protezione termica.

Un efficiente OVP

Secondo lo standard MII, il caricabatterie del cellulare dovrebbe comprendere anche la funzione OVP (Over Voltage Protection). Essa attiverebbe la protezione per il circuito elettronico interno nel caso in cui la tensione di alimentazione superasse i 6V. I criteri di selezione del componente sono: alta velocità di commutazione e una extra protezione ESD. Gli NCP348/NCP360/NCP361 della Onsemi offrono diverse configurazioni per la funzione OVP. Questi IC possono isolare il circuito interno con un adattatore esterno AC/DC, con una area del PCB più piccola e una misura della tensione molto precisa. Offrono pin ENABLE e STATUS/FLAG, una protezione maggiore contro i sovraccarichi di corrente e molte altre caratteristiche.

Altri risultati

Dato che i cellulari di ultima generazione potrebbero essere caricati anche tramite le porte USB dei PC, bisogna considerare la limitazione di corrente di una USB per questo caricabatterie incorporato. Non è consentito fornire il massimo valore di corrente riportato nella specifica (500mA) senza un intervento del software. Inizialmente il cellulare può richiedere solo 100mA. Una corrente più alta può essere richiesta in unità che operano da 2mA fino a 500mA. Ma in pratica il PC non ha alcun controllo diretto sulla corrente proveniente dalla porta USB.Il PC spesso limita la corrente della USB solo attraverso l'uso di fusibili passivi resettabili automaticamente. Al fine di fronteggiare situazioni in cui sia presente un eccesso di corrente, il progettista può collegare le connessioni D+/D- tra l’host controller e il controller del cellulare in base al progetto di una regolare porta USB. Lo PMU non sarà coinvolto in questo progetto. Si tratta solo di una gestione di potenza dell’IC. L’eccesso di corrente è completamente sotto il controllo del software, in particolare il software del telefono cellulare. E’ da sottolineare il fatto che il cellulare Windows non può essere caricato tramite le porte USB dei PC senza la installazione di ActiveSync o tramite un adattatore"wall power”. Questo perchè il cellulare Windows spegne direttamente il circuito di carica senza una "trattativa" sulla corrente con l’host controller. Ma ci sono alcuni “hack” ( pacchetti software ) che consentono il caricamento tramite USB pur senza ActiveSync o, al contrario, impediscono il caricamento pur con ActiveSync. Questo conferma il mio punto di vista, cioè che la carica tramite USB è sotto il controllo del software del cellulare.

Ultimi aggiornamenti

Il MII ha annunciato recentemente un altro nuovo standard per lo scambio di informazione PIM dei cellulari. Questo nuovo standard si chiama UDX e ha due specifiche tecniche: e YD/T 1760.2-2008 (Technical requirement of data exchange format). Tutti i nuovi modelli possono "parlare" tra loro tramite USB-OTG o tramite il software PIM di un PC standard. I telefoni cellulari si stanno trasformando in veri e propri dispositivi plug-and-play (non è più richiesta l'installazione dei driver).

Repost: 14 Apr 2008

 

 

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