飞凌干货丨电源架构解析之OKA40i-C

近期,飞凌嵌入式正式推出了首款国产工业级平台 OKA40i-C开发板。基于全志工业级A40i Cortex-A7 四核处理器,主频最高1.2GHz,内部集成Mali400 MP2 GPU图形处理器,接口丰富,在能耗比、性价比等方面表现极为突出。本文准备对OKA40i-C开发板的电源架构做一个详细的梳理。


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我们知道飞凌A40i系列中的OKA40i-C开发板一共支持3种供电方式:ACIN(电源适配器供电)、VBAT(锂电池供电)、USB VBUS(USB供电)。

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这三路电源可以同时或单独输入A40i核心板内的PMIC中,由PMIC芯片AXP221S统一管理,根据外部的电源状态来选择适合的电能分配方式。

以下电源管理方案摘抄自PMIC的手册。

■ 当仅接入锂电池,无外部电源输入时,使用锂电池供电;■ 当接入外部电源时(VBUS或ACIN),优先使用外部电源供电;■ 电池连接的情况下,外部电源移除时,立刻无缝转用锂电池供电;■ 当VBUS和ACIN同时接入时,优先使用ACIN供电,并且对锂电池充电;■ 如此时ACIN驱动能力不足时,将适时打开VBUS通路,实现ACIN/VBUS共同供电;

■ 如果驱动能力仍然不足,则将减小充电电流直至0,继而用电池补充供电。

接下来看一看开发板这三种供电方式是如何实现的。

1、ACIN(电源适配器供电)

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外部电源适配器的直流5V由P23或者P37输入到底板上,经过过压保护电路后ACIN为A40i核心板供电,A40i 核心板上电完成之后会输出VCC_3V3作为使能信号导通U19,VCC5V为底板器件供电。

2、VBAT(锂电池供电)

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用户可以在A40i开发板上的P21插座上连接锂电池。TS引脚是电池温度传感器输入或者外部ADC输入,TS引脚有12bit的ADC,可监测电池温度。

锂电池供电电路示意图如下:

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❶ AXP221集成了一个自适应充电器,可以自动控制充电周期,内置的安全时钟可以自动停止充电而无需处理器的干预。可以根据系统的功耗自动调整充电电流,还带有电池检测、涓流充电和激活功能,内置的温度检测电路可以在温度过高或过低时自动减小充电电流。

❷ VTH/VTL分别为高温和低温的门限设置。PMIC将在TS管脚上送出恒定电流,此电流流过温敏电阻,得到一个检测电压,PMIC通过测出电压值并与设置值进行比较,从而发出相应的IRQ或者暂停充电。如果电池没有温敏电阻,可以把TS管脚接地,此时自动禁用电池温度监测功能。

❸ 当外部电源接入后,AXP221首先判断外部电源是否可用于充电,当符合外部电源可用条件,且此时充电功能被打开,则AXP221自动开始充电过程,向host发出IRQ,表示充电过程开始。同时,CHGLED管脚输出低电平,可以驱动外部LED指示充电状态,A40i底板上使用LED10起指示作用。

以下是充电过程电压电流示意图:

VTRGT是充电目标电压,可由寄存器设置,默认为4.2V;

VRCH,自动再充电电压,VRCH = VTRGT - 0.1V。

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锂电池给A40i核心板供电,A40i 核心板PMIC输出VCC_3V3和PS电压给A40i底板供电,使用MT3608芯片boost升压电路来获得5V电压,最大输出电流为1A。

使用锂电池供电时,需要长按开关机键来开机。

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3、USB VBUS供电

用户可通过底板的Micro USB接口直接给A40i核心板供电,供电电压5V,因为PMIC的USB_VBUS引脚受电能力有限,不建议将其作为主电源供电,以避免供电能力不足时,核心板会反复断电重启。

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