1. 蓝牙音箱充电方案的整体设计思路
1.1 为什么蓝牙音箱的充电设计值得单独拿出来说
蓝牙音箱这个品类,看起来简单,实际上充电设计是区分产品档位的关键分水岭。市面上大量百元级蓝牙音箱还在用Micro-USB接口配5V/1A的慢充方案,充满一块3000mAh的电池要四五个小时,用户体验非常糟糕。而中高端产品已经开始普及Type-C接口配合PD快充,充电时间可以压缩到一个多小时。这中间的差距,核心就在于充电管理芯片的选型和电路设计。
IP2315这颗芯片是我在实际项目中用得比较顺手的一颗同步降压充电管理IC,它支持Type-C PD协议输入,最大充电电流可以做到5A,配合合理的电路设计,能给蓝牙音箱提供非常高效的充电方案。这篇文章我会从整体设计思路、核心电路细节、实操过程、常见问题几个维度,把整个方案拆开来讲清楚。
如果你正在做蓝牙音箱的硬件设计,或者想了解Type-C PD快充在小型便携设备上怎么落地,这篇内容应该能给你一些直接能用的参考。我会尽量把每个设计决策背后的逻辑讲透,包括为什么选这颗芯片、电感怎么算、PCB布局要注意什么,以及我在调试过程中踩过的那些坑。
1.2 蓝牙音箱充电系统的核心需求拆解
蓝牙音箱的充电系统,需求可以拆成几个层面来看。第一层是电气层面的需求:输入电压范围、充电电流大小、电池类型和容量、充电截止电压精度。第二层是协议层面的需求:Type-C接口的CC引脚配置、PD协议握手、不同充电器之间的兼容性。第三层是热设计和空间层面的需求:蓝牙音箱内部空间通常很紧凑,充电IC的散热和外围元件的体积都是硬约束。
先看电气层面。蓝牙音箱常用的电池是单节锂离子或锂聚合物电池,标称电压3.7V,满电4.2V,容量从1000mAh到5000mAh不等。充电管理芯片需要支持完整的CC-CV充电曲线,恒流阶段电流可调,恒压阶段电压精度要控制在±1%以内,否则电池循环寿命会受影响。IP2315的恒压精度是±0.5%,这个指标在同价位芯片里算是相当不错的。
再看协议层面。Type-C接口要做PD快充,CC1和CC2引脚必须各接一个5.1kΩ的下拉电阻到地,这是作为Sink设备(受电端)的标准配置。如果音箱还支持通过Type-C输出音频或者做OTG,那CC引脚的配置会更复杂,但纯充电场景下,两个5.1kΩ下拉就够了。PD协议握手方面,IP2315内置了PD协议解析功能,不需要额外加PD控制器,这一点对BOM成本控制很友好。
热设计层面,蓝牙音箱的外壳通常是塑料或者包布材质,散热条件一般。充电电流越大,芯片和电感的发热越明显。5A充电时,同步降压拓扑的效率大概在90%到93%之间,假设电池电压3.7V,输入9V,那么芯片本身的损耗大约在1.5W到2W左右。这个功耗如果集中在SOT23-6或者QFN这样的小封装上,结温会升得很快。所以实际设计中,我通常会把最大充电电流限制在3A左右,配合PCB上的散热铺铜,温升可以控制在可接受范围内。
1.3 方案选型的几个关键决策点
选IP2315而不是其他充电IC,主要基于几个考量。第一,它集成了同步降压的上下管MOS,外围只需要一个电感、几个电容和电阻,电路非常简洁。第二,它支持PD协议,可以直接从PD充电器请求9V或12V电压,避免了5V输入时大电流带来的线损和发热问题。第三,它的开关频率是500kHz,这个频率下可以用比较小的电感,对空间受限的蓝牙音箱来说很关键。
对比一下常见的替代方案。如果用线性充电IC比如TP4056,电路确实简单,但线性充电在大电流下发热极其严重,5V输入、3.7V电池、1A充电时,芯片本身就要消耗1.3W,做成2A以上根本不现实。如果用非同步降压充电IC,比如BQ25606,效率会比同步方案低几个百分点,外围还需要加续流二极管,整体方案面积反而更大。
还有一个决策点是电感的选择。IP2315的开关频率是500kHz,电感值通常在2.2μH到4.7μH之间选。电感值越大,纹波电流越小,但电感的物理尺寸也越大,直流电阻也越高,效率会下降。我一般选3.3μH,饱和电流要大于最大充电电流的1.5倍。比如3A充电,电感饱和电流至少选4.5A以上,留足余量。
2. IP2315核心电路细节与参数计算
2.1 IP2315引脚功能与外围电路框架
IP2315的封装通常是QFN-16或者SOP-8,不同后缀版本引脚定义略有差异,但核心引脚功能是一致的。VIN是输入电源引脚,接Type-C接口的VBUS。SW是开关节点,接电感的输入端。BST是自举电容引脚,需要在SW和BST之间接一个100nF的电容,给上管栅极驱动供电。FB是反馈引脚,通过分压电阻设定充电截止电压。ISET是充电电流设定引脚,通过一个电阻到地来编程恒流值。BAT是电池连接引脚。CE是使能引脚,高电平使能充电。
Type-C接口部分,VBUS接IP2315的VIN,CC1和CC2各接一个5.1kΩ下拉电阻到地。这里有个细节要注意:如果音箱的Type-C接口只用于充电,不做数据传输,那D+和D-可以悬空或者短接,但CC引脚的下拉电阻绝对不能省,否则PD充电器不会输出高电压,只能维持5V默认档位。
输入电容方面,VIN到GND之间需要放一个10μF的陶瓷电容和一个100nF的小电容,前者滤低频纹波,后者滤高频噪声。如果输入走线比较长,比如Type-C接口到芯片之间有5厘米以上的距离,建议再加一个22μF的电解电容或者钽电容,抑制线缆电感引起的电压振铃。
2.2 充电电流设定与电阻计算
IP2315的充电电流通过ISET引脚的电阻来设定。公式是:
I_CHG = K / R_ISET
其中K是芯片内部的常数,不同批次或版本可能略有差异,典型值是1200。比如要设定2A充电电流,R_ISET = 1200 / 2 = 600Ω。要设定3A,R_ISET = 400Ω。实际选电阻的时候,用1%精度的金属膜电阻,0603或0805封装都可以。
这里有个实操经验:ISET电阻的走线要尽量短,并且远离SW节点和电感,否则开关噪声会耦合到ISET引脚,导致充电电流不稳定。我遇到过一批板子,ISET走线从芯片旁边绕了一大圈,结果充电电流在1.8A到2.2A之间来回跳,后来把走线改短并加了一个100pF的滤波电容到地,问题就解决了。
充电电流的设定还要考虑电池的承受能力。常见的18650电芯,标准充电电流是0.5C,比如2500mAh的电池,标准充电电流1.25A,最大可以到1C也就是2.5A。如果是软包锂聚合物电池,要看规格书里的最大充电倍率,有些高倍率电芯可以到2C甚至3C,但普通电芯通常限制在1C以内。设定充电电流之前,一定要确认电池的规格书,别为了追求充电速度把电池充鼓包了。
2.3 电感选型与纹波电流计算
电感是同步降压电路里最关键的被动元件之一。IP2315在500kHz开关频率下,电感纹波电流的计算公式是:
ΔI_L = (V_IN - V_BAT) × D / (L × f_SW)
其中D是占空比,D = V_BAT / V_IN。假设输入9V,电池电压3.7V,电感3.3μH,开关频率500kHz:
D = 3.7 / 9 = 0.411 ΔI_L = (9 - 3.7) × 0.411 / (3.3 × 10^-6 × 500 × 10^3) = 5.3 × 0.411 / 1.65 = 1.32A
纹波电流大约是1.32A,如果充电电流是3A,那峰值电流就是3 + 1.32/2 = 3.66A。电感的饱和电流要大于这个峰值,通常选4.5A到5A的饱和电流比较稳妥。
电感的直流电阻也很关键。DCR每增加10mΩ,效率大概下降0.5%到1%。我通常选DCR在30mΩ以内的电感,比如顺络的SWPA系列或者TDK的VLS系列。尺寸方面,3.3μH、5A饱和电流的电感,封装通常是5mm×5mm或者6mm×6mm,高度2mm到3mm,对蓝牙音箱来说是可以接受的。
2.4 反馈分压电阻与充电电压精度
IP2315的FB引脚参考电压典型值是1.2V,充电截止电压通过FB引脚的分压电阻设定。公式是:
V_BAT = V_FB × (1 + R1 / R2)
其中V_FB = 1.2V。要设定4.2V截止电压:
4.2 = 1.2 × (1 + R1 / R2) R1 / R2 = 2.5
选R2 = 10kΩ,R1 = 25kΩ。实际用标准电阻值,R1用24.9kΩ或者25.5kΩ,R2用10kΩ,截止电压分别是4.188V和4.26V。4.188V稍微偏低一点,对电池寿命更友好,4.26V偏高,可能会影响循环寿命。我一般选24.9kΩ配10kΩ,截止电压4.188V,实际电池能充到4.15V到4.18V左右,兼顾了容量和寿命。
分压电阻的精度直接影响充电截止电压的准确性。用1%精度的电阻,截止电压误差可以控制在±1%以内。如果用5%精度的电阻,误差可能到±3%,4.2V的截止电压可能变成4.07V或者4.33V,前者充不满,后者过充。所以这两个电阻千万别省,一定要用1%的。
3. Type-C PD快充协议握手与兼容性设计
3.1 Type-C接口的CC引脚配置与PD握手流程
Type-C接口做PD快充,CC引脚是核心。作为受电端,CC1和CC2各接一个5.1kΩ下拉电阻到地,这是Type-C规范里定义的Sink设备标识。充电器检测到CC引脚上的下拉电阻后,会认为连接了一个受电设备,然后通过CC线进行PD协议通信。
PD协议握手的过程大致是这样的:充电器先在CC线上发送Source Capabilities消息,告诉设备自己支持哪些电压档位,比如5V/3A、9V/3A、12V/2.25A等。设备端的PD控制器解析这些消息,然后回复Request消息,选择一个合适的电压档位。充电器收到Request后,调整VBUS电压到目标值,然后发送PS_RDY消息,握手完成。
IP2315内置了PD协议解析功能,它会自动完成这个过程。但这里有个细节:IP2315请求的电压档位是固定的还是可配置的?根据我的实测,IP2315默认会请求9V档位,如果充电器不支持9V,它会回退到5V。这个行为对蓝牙音箱来说够用了,因为9V输入下3A充电,输入功率27W,减去损耗,电池端大概能拿到22W到24W,对单节电池来说已经很快了。
3.2 不同充电器的兼容性测试与问题排查
PD充电器的兼容性是个大坑。我实测过十几款不同品牌的PD充电器,大部分都能正常握手到9V,但有几款充电器在IP2315上会出现反复重连的问题。排查下来,原因主要有两个:一是充电器的PD协议实现不规范,Source Capabilities消息的时序或者格式有偏差;二是充电器的VBUS上升斜率太慢,IP2315在电压稳定之前就开始充电,导致欠压保护触发。
解决兼容性问题,硬件上可以在VBUS和GND之间加一个TVS管,比如SMBJ12A,钳位电压尖峰。软件上,IP2315本身没有可编程的延时配置,但可以在VIN引脚前面加一个RC延时电路,让芯片在VBUS稳定之后再上电。具体做法是在VIN走线上串一个10Ω电阻,VIN到GND之间加一个10μF电容,时间常数100ms左右,足够等到VBUS稳定。
还有一个常见问题是,有些充电器在轻载或者空载时会周期性关闭VBUS输出,导致IP2315反复重启。这种情况在电池快充满、充电电流降到很小的时候容易出现。解决办法是在BAT引脚和GND之间加一个假负载电阻,比如1kΩ,让充电器始终有最小负载。但假负载会消耗一点电,充满之后拔掉充电器就行,影响不大。
3.3 SBU引脚的处理与音频功能扩展
Type-C接口的SBU1和SBU2引脚,在纯充电场景下可以悬空。但如果蓝牙音箱还想通过Type-C接口传输音频,比如做USB声卡功能,那SBU引脚可能会用到。不过大多数蓝牙音箱的Type-C接口只做充电,音频走蓝牙,所以SBU悬空没问题。
如果要做USB音频,那就需要额外的USB音频控制器,比如CM108或者SA9227,这时候Type-C的D+和D-要接到USB控制器,CC引脚还要配置成支持USB数据角色切换。这个场景比较复杂,本文不展开,后面有机会再单独讲。
对于纯充电的蓝牙音箱,Type-C接口的D+和D-可以悬空,但有些充电器会检测D+和D-上的电压来判断是否连接了设备。如果D+和D-完全悬空,部分充电器可能不输出或者只输出500mA。为了兼容这些充电器,可以在D+和D-之间接一个200Ω左右的电阻,模拟一个BC1.2的DCP充电端口。这个电阻不影响PD握手,但能提高充电器的兼容性。
4. 完整电路设计图与PCB布局要点
4.1 原理图关键节点与元件清单
完整的IP2315充电电路,核心元件清单如下:
| 元件 | 规格 | 数量 | 备注 |
|---|---|---|---|
| IP2315 | QFN-16 | 1 | 充电管理IC |
| 电感 | 3.3μH/5A | 1 | 饱和电流≥4.5A |
| 输入电容 | 10μF/25V X7R | 1 | 0805或1206 |
| 输入小电容 | 100nF/50V X7R | 1 | 0402或0603 |
| 自举电容 | 100nF/50V X7R | 1 | 0402 |
| 输出电容 | 22μF/10V X7R | 2 | 0805 |
| ISET电阻 | 400Ω 1% | 1 | 0603 |
| FB上分压 | 24.9kΩ 1% | 1 | 0402 |
| FB下分压 | 10kΩ 1% | 1 | 0402 |
| CC下拉 | 5.1kΩ 1% | 2 | 0402 |
| TVS管 | SMBJ12A | 1 | 可选 |
原理图的连接逻辑:Type-C的VBUS接IP2315的VIN,同时接输入电容和TVS管。SW接电感一端,电感另一端接BAT和输出电容。BST到SW之间接自举电容。FB到GND之间接分压电阻。ISET到GND之间接设定电阻。BAT接电池正极,电池负极接GND。
4.2 PCB布局的散热与噪声控制
PCB布局对IP2315的性能影响很大。首先是散热。IP2315的底部有散热焊盘,必须焊接到PCB的GND铺铜上,铺铜面积越大越好。我通常会在芯片下方和周围铺一块至少20mm×20mm的GND铜皮,并且打上至少9个过孔连接到背面的大面积GND。这样芯片的结温可以降低15°C到20°C。
其次是噪声控制。SW节点是最大的噪声源,走线要尽量短、粗,并且远离FB、ISET这些敏感引脚。电感要靠近SW引脚放置,输入电容要靠近VIN和GND引脚,输出电容要靠近BAT和GND引脚。FB分压电阻要靠近FB引脚,并且FB走线要远离SW节点和电感,最好在FB走线下方铺一层GND做屏蔽。
还有一个细节是GND走线。功率GND和信号GND要分开走,最后在芯片的GND焊盘处单点连接。功率GND包括输入电容的GND、输出电容的GND、电感的GND端,信号GND包括FB分压电阻的GND、ISET电阻的GND。如果混在一起走,开关噪声会串到信号GND上,导致充电电流和截止电压不稳定。
4.3 热设计计算与温升实测
前面提到,5A充电时芯片损耗大约1.5W到2W。QFN-16封装的热阻θJA大概是40°C/W到50°C/W,假设θJA=45°C/W,环境温度25°C,那么结温:
T_J = T_A + P × θJA = 25 + 1.75 × 45 = 103.75°C
结温103.75°C,接近芯片的过温保护阈值(通常是150°C),但还有余量。如果环境温度升到40°C,结温就是118.75°C,还是安全的。但如果PCB散热没做好,θJA可能到60°C/W,结温就变成130°C了,这时候芯片会开始降频或者降低充电电流。
我实测过一块布局良好的板子,3A充电时,芯片表面温度大约55°C,电感表面温度大约50°C,电池表面温度大约40°C。这个温升水平对蓝牙音箱来说是可以接受的,手摸上去温热但不烫手。如果充电电流加到4A,芯片表面温度会到70°C左右,这时候就要考虑加散热片或者降低充电电流了。
5. 实操调试与常见问题排查
5.1 上电调试步骤与关键波形测量
板子焊好之后,不要直接接电池,先做几个基础检查。第一步,用万用表测VIN和GND之间的电阻,确认没有短路。第二步,接一个可调电源,设定5V,限流100mA,接到Type-C接口的VBUS和GND,观察电流。如果电流在10mA以内,说明芯片没有异常发热,可以继续。如果电流超过100mA,说明有短路或者芯片焊接不良,要断电检查。
第三步,接PD充电器,用示波器测SW节点的波形。正常的SW波形应该是方波,频率500kHz,上升沿和下降沿比较干净,没有明显的振铃。如果振铃很严重,说明电感的寄生电容太大或者布局有问题,可以在SW节点加一个RC吸收电路,比如10Ω串100pF到地。
第四步,接电池,测充电电流。用电流探头或者串联一个毫欧电阻,测BAT引脚的电流波形。正常的充电电流应该是稳定的直流,纹波在100mA以内。如果纹波很大,检查输出电容是否足够,或者ISET走线是否受到了干扰。
5.2 充电电流不稳定与截止电压偏差的排查
充电电流不稳定,最常见的原因是ISET引脚的噪声耦合。排查方法是:用示波器测ISET引脚的电压,正常应该是一个稳定的直流电压,比如400Ω电阻对应大约0.48V。如果ISET电压上有明显的开关纹波,说明噪声耦合进来了。解决办法是在ISET引脚到地之间加一个100pF到1nF的电容,滤掉高频噪声。
截止电压偏差,通常是FB分压电阻的精度问题。用万用表测FB引脚的电压,正常应该是1.2V。如果偏差超过±2%,检查分压电阻的精度和焊接。还有一个可能是FB走线受到了SW节点的干扰,导致芯片误判电池电压。解决办法是把FB走线改短,并且远离SW节点和电感。
我遇到过一批板子,截止电压只有4.05V,电池只能充到80%左右。排查下来,是FB下分压电阻的GND走线和功率GND混在一起了,开关噪声抬高了FB的参考地电位,导致芯片提前进入恒压阶段。把信号GND单独走线到芯片GND焊盘之后,截止电压恢复到4.18V。
5.3 PD握手失败与充电器兼容性速查表
PD握手失败的表现是:接上充电器后,VBUS只有5V,充电电流很小,或者芯片反复重启。排查思路如下:
| 现象 | 可能原因 | 排查方法 | 解决方案 |
|---|---|---|---|
| VBUS只有5V | CC下拉电阻未接或阻值错误 | 测CC引脚对地电阻 | 确认5.1kΩ下拉电阻焊接良好 |
| VBUS反复跳变 | 充电器PD协议不规范 | 换其他充电器测试 | 加VBUS RC延时或TVS管 |
| 充电电流小 | PD握手未完成 | 测CC线波形 | 检查CC走线是否过长 |
| 芯片反复重启 | VBUS跌落或过温 | 测VIN电压和芯片温度 | 加大输入电容或降低充电电流 |
| 充满后反复重连 | 充电器轻载关断 | 观察充电电流降到多少 | 加假负载电阻 |
这张表是我在实际调试中总结出来的,覆盖了大部分常见问题。遇到新问题的时候,先按这个表排查一遍,通常能定位到原因。
5.4 电池保护与系统安全设计
蓝牙音箱的电池安全设计不能只靠充电IC。IP2315本身有过温保护、过压保护和欠压保护,但电池端最好再加一个独立的保护板,包括过充保护、过放保护、过流保护和短路保护。保护板的MOS管要选低内阻的,比如AO3400或者SI2302,导通电阻在30mΩ以内,减少充电和放电时的压降。
还有一个细节是NTC热敏电阻。IP2315支持外接NTC做温度监测,把NTC贴在电池表面,当电池温度超过45°C或者低于0°C时,芯片会自动降低充电电流或者停止充电。这个功能对蓝牙音箱很重要,因为音箱在播放音乐时本身会发热,加上充电发热,电池温度容易升高。NTC的选型通常是10kΩ B值3950的负温度系数热敏电阻,接到芯片的NTC引脚,配合一个上拉电阻使用。
6. 方案优化与进阶玩法
6.1 充电效率优化与元件替换实验
如果想把充电效率再提高一两个百分点,可以尝试几个优化。第一,把电感换成DCR更低的型号,比如从30mΩ换成20mΩ,效率大概能提升0.5%。第二,把输出电容从22μF增加到47μF,减少输出纹波,效率提升不明显但充电更稳定。第三,把开关频率从500kHz降到300kHz,开关损耗降低,但电感要加大到4.7μH,整体效率可能提升1%左右。
我做过一组对比实验:3.3μH/30mΩ电感配22μF输出电容,3A充电时效率91.5%;换成3.3μH/20mΩ电感配47μF输出电容,效率92.3%。提升不到1%,但电感和电容的成本增加了大约0.5元。对成本敏感的产品来说,这个提升不值得。但如果是对效率有极致要求的产品,可以试试。
6.2 多节电池串联方案的扩展思路
IP2315是单节电池充电IC,输出电压最高4.2V。如果蓝牙音箱用的是两节电池串联,标称7.4V,满电8.4V,那就不能用IP2315了。两节串联的方案,可以选IP2325或者BQ25887这类支持多节电池的充电IC。电路拓扑还是同步降压,但反馈分压电阻要重新计算,截止电压设定为8.4V。
多节串联的好处是,同样的功率下电流减半,线损和发热都更小。比如20W充电,单节电池3.7V需要5.4A电流,两节串联7.4V只需要2.7A。但多节串联需要电池均衡电路,否则两节电池的电压会逐渐不一致,影响寿命。均衡电路可以用被动均衡,每节电池并联一个均衡电阻和MOS管,成本低但效率也低。主动均衡用变压器或者电容切换,效率高但电路复杂。
6.3 无线充电与PD快充的融合设计
有些蓝牙音箱还想加无线充电功能,比如支持Qi标准。无线充电接收端输出的是5V或者9V,可以直接接到IP2315的VIN。但无线充电的线圈和接收电路会占用不少空间,而且无线充电的效率通常只有70%左右,发热比较大。如果要做无线充电加PD快充的双模方案,建议用一颗MCU做电源路径管理,根据接入的是Type-C还是无线充电,切换不同的输入通道。
电源路径管理可以用一颗负载开关,比如TPS22965,配合MCU的GPIO控制。Type-C插入时,MCU检测到CC引脚电压变化,切换到Type-C通道;无线充电激活时,MCU检测到无线接收端的输出,切换到无线通道。两个通道之间要有互锁逻辑,避免同时导通。这个方案我做过一版,整体成本增加大约3元,但对产品的差异化很有帮助。
6.4 固件升级与充电参数动态调整
IP2315本身不支持固件升级,充电参数都是硬件设定的。但如果蓝牙音箱的主控MCU和IP2315之间有I2C或者UART通信,就可以通过MCU动态调整充电参数。不过IP2315没有通信接口,所以这个玩法需要换芯片,比如用BQ25601或者IP2315的升级版本。
如果不想换芯片,可以用MCU控制ISET引脚的电阻网络,通过MOS管切换不同的ISET电阻,实现充电电流的档位切换。比如默认2A充电,检测到电池温度低的时候切换到1A,温度正常再切回2A。这个方案需要额外的MOS管和电阻,成本增加不到1元,但灵活性提高很多。
7. 个人实操体会与避坑清单
7.1 我在这个方案上踩过的五个坑
第一个坑是CC下拉电阻漏焊。有一批板子,CC1的5.1kΩ电阻虚焊,结果接PD充电器只能5V充电,换了三个充电器才排查出来是硬件问题。后来我在测试流程里加了一条:每块板子必须测CC引脚对地电阻,确认5.1kΩ±1%。
第二个坑是电感饱和电流不够。早期选了一颗3.3μH/3A饱和电流的电感,3A充电时电感进入饱和,电流波形畸变,芯片过热保护。后来换成5A饱和电流的电感,问题解决。电感的饱和电流一定要大于峰值电流,留20%以上余量。
第三个坑是FB走线太长。有一版布局,FB分压电阻放在板子边缘,走线经过电感下方,结果截止电压只有4.1V。把分压电阻移到芯片旁边,走线缩短到3mm以内,截止电压恢复到4.18V。
第四个坑是输出电容容量不足。早期用一颗22μF输出电容,3A充电时输出纹波达到200mV,电池发热明显。后来并联两颗22μF,纹波降到80mV,电池温度下降了5°C。
第五个坑是NTC位置不对。NTC贴在PCB上而不是电池表面,结果电池已经45°C了,NTC才检测到35°C,充电电流没有及时降低。后来用导热胶把NTC粘在电池表面,温度检测准确多了。
7.2 给初次做这个方案的工程师的建议
如果你第一次做IP2315的方案,我的建议是:先做一块最小系统板,只焊IP2315、电感、输入输出电容、ISET电阻、FB分压电阻和CC下拉电阻,不接电池,用电子负载模拟电池,把充电曲线调通。确认充电电流和截止电压都正确之后,再接真实电池测试。
调试的时候,示波器一定要用差分探头或者隔离探头测SW波形,普通探头的地线夹在GND上会引入很大的噪声,测出来的波形不准。如果没有差分探头,可以用两个普通探头做数学运算,CH1测SW,CH2测GND,CH1-CH2就是真实的SW波形。
还有,PD充电器的选择很重要。尽量用大品牌的PD充电器做测试,比如手机原装充电器或者笔记本充电器。杂牌充电器的PD协议实现参差不齐,容易引入额外的兼容性问题,干扰调试判断。
7.3 这个方案还能怎么继续优化
如果想把充电速度再提高,可以换用支持PD3.1的充电IC,请求更高的电压档位,比如15V或者20V。但蓝牙音箱的电池是单节4.2V,输入电压越高,降压比越大,效率反而会下降。9V输入时效率92%,15V输入时效率可能降到88%。所以不是电压越高越好,9V到12V是比较平衡的选择。
如果想把方案面积做小,可以选集成电感的电源模块,比如TI的TPSM82821,把电感和芯片封装在一起,面积可以缩小一半。但集成电感的模块通常电流能力有限,最大2A到3A,而且成本比分立方案高不少。对空间极度受限的蓝牙音箱,可以考虑这个方向。
如果想把待机功耗做低,可以在VIN前面加一个负载开关,充满电之后断开充电电路,让IP2315完全断电。IP2315的待机电流大概是几十微安,加上电池保护板的静态电流,整体待机功耗在100μA以内。对蓝牙音箱来说,这个功耗已经很低了,充满电放一个月,电池电量下降不到10%。