PNP+NMOS用于充电的原理解释

PNP+NMOS用于充电的原理解释

作者：AirCity 2019.10.19
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MT2503和展讯SL8521E线性充电方案，都需要外部的PNP+NMOS芯片配合。MT2503搭配WILL的WPT2N32，SL8521E搭配WILL的WTP2N31。两者的原理框图如下：

两个芯片PIN定义不同，封装大小相似，且内部原理也是一样的，区别在于WPT2N31内部把PNP的b极与NMOS的D极连接到了一起，而WPT2N32没有这么做。如果把WPT2N32的第2和3脚连接，其功能与WPT2N31是一样的。
以展讯的SL8521E为例解释这个充电原理，如下是展讯推荐的充电电路：

VCHG_D是插入充电器的检测（Detection）信号；
紫色框柱的部100ohm电阻是为了防止外部浪涌打坏PMU；
VCHG(Vbus)，通过10K连接到NMOS的栅极，为NMOS提供Vgs电压。串联的电阻可以再大一点，因为这个地方电流很小（MOS管是电压控制器件）
黄色电流路径是Vbat电流的控制路径，从VCHG取电，流经PNP的e极-b极，之后经过NMOS的D极和S极，进入PMU的VDRV管脚。PMU通过控制进入VDRV的电流，来控制绿色路径充电电流的大小。
绿色路径是实际的充电电流路径，流经PNP的e极，c极，然后进入电池。黄色电流和绿色电流肯定有一个比例关系，这个比例关系就是PNP的HFE。实际做了一组测试，当绿色电流是327mA时，黄色电流是1.09mA，倍数关系是300。规格书中如下图示，此时HFE为250。考虑到测量误差，温度误差，数据基本能对应上。

问题1.PMU是如何控制黄色电流，来保证实际的充电电流等于设置的电流呢？
黄色电流与红色电流之间，肯定存在一个负反馈，形成一个稳定的负反馈系统，在这个系统里面，负反馈的变量主要包括68mohm两端电压，Vbat电压，VCHG电压，这三个变量经过PMU内部的复杂电路逻辑，最后在VDRV上形成一个电压，这个电压变化，会导致NMOS的Vgs变化，进而引起NMOS的D极到S极的电流变化。
问题2.为什么不单独用一个PMOS，省去了一个三极管岂不是更省钱？
展讯确实有这样的方案，可以用一个PMOS来实现，但存在一个问题，PMOS内部存在一个寄生二极管，会导致Vbat往VCHG灌电，因此必须增加一个大功率的肖特基二极管，这会引起发热和压降，如下图：

问题3. 为什么不单独用一个PNP，b极直接接到VDRV来控制e极到c极的电流？
如下图，当不充电的时候，Vbat会通过PNP的c极，往VDRV管脚漏电，这个漏电可能是几十个微安，但是也相当高了，一个PNP的存在可以阻断这种漏电。