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便携产品电源芯片的设计技巧

时间:01-03 来源:EDN 点击:

图2:Buck开关式DC/DC应用线路设计


  DC/DC应用举例:1. APS1006为MCU/DSP核(Core)供电;2. APS1006应用于电子矿灯(图3);3. APS1046应用于0.8-1.8"微硬盘供电(图4);4. APS1006、APS4070应用于智能手机(图5)。

图5:APS1006、APS4070在智能手机上的应用


  电荷泵及其应用技巧

  电容式电荷泵通过开关阵列和振荡器、逻辑电路、比较控制器实现电压提升,采用电容器来贮存能量。电荷泵是无须电感的,但需要外部电容器。工作于较高的频率,因此可使用小型陶瓷电容(1μF),使空间占用最小,使用成本低。电荷泵仅用外部电容即可提供±2倍的输出电压。其损耗主要来自电容器的等效串联电阻(ESR)和内部开关晶体管的RDS(ON)。

  电荷泵转换器不使用电感,因此其辐射EMI可以忽略。输入端噪声可用一只小型电容滤除。它输出电压是工厂生产时精密予置的,调整能力是通过后端片上线性调整器实现的,因此电荷泵在设计时可按需要增加电荷泵的开关级数,以便为后端调整器提供足够的活动空间。电荷泵十分适用于便携式应用产品的设计。从电容式电荷泵内部结构来看,它实际上是一个片上系统。

  电荷泵是一种无幅射的有效升压器件,它不使用电感器而使用电容器作为储能器件。在设计应用时需要注意电容器的容量和材质对输出纹波的影响。外部电容器的容量关系到输出纹波,在固定的工作频率下,太小的电容容量,将使输出纹波增大。输出纹波大小与电容器材料介质有关,外部电容器的材料类型关系到输出纹波。同一电荷泵,使用相同的容量和尺寸而不同材料类型的电容器,输出纹波的结果。在工作频率固定,电容器容量相同的情况下,优良的材料介质,将有效地降低纹波。选用低ESR的X7R & X5R陶瓷电容器是一种比较好的选择。

  LCD Module(LCM)是目前CP、MP3/MP4、PMP需求量较大的产品,在有限的PCB面积上,需要按装LCD屏、数码相机的镜头和闪光灯、音频DAC等器件,因此它需要封装很小的多芯片组合的电源模块(MCM),以减小电源IC所占PCB的面积,而手机产品又要求这些电源IC对RF几乎无干扰。

  电池充电管理芯片和锂电池保护IC

  锂电池充电IC是一个片上系统(SoC),它由读取使能微控制器、2倍涓流充电控制器、电流环误差放大器、电压环误差放大器、电压比较器、温度感测比较器、环路选择和多工驱动器、充电状态逻辑控制器、状态发生器、多工器、LED信号发生器、MOSFET、基准电压、电源开机复位、欠电压锁定、过流/短路保护等十多个不同功能的IC整合在一个晶元上。它是一个高度集成、智能化芯片。锂电智能充电过程:涓流充-->恒流充-->恒压充-->电压检测,因此电路设计的关键是要做到:充分保护、充分充电、自动监测、自动控制。

  锂电池保护电路是封装在锂电池包内的,它由一颗锂电池保护IC和二颗MOSFET组成。在图6中,OD代表过放电控制;OC代表过充电控制;P+、P-接充电器;B+、B-接锂电池。锂电池保护电路简单工作原理如下:正常装态M1、M2均导通;过充电时M2 OC脚由高电位转至低电位,电闸关闭,截止充电,实现过充电保护;充电电流方向P+-->P-;过放电时M1 OD脚由高电位转至低电位,电闸关闭,截止充放电,实现过放电保护;放电电流方向P- -->P+。

图6:锂电池保护电路

  锂电池保护电路的PCB板是很小的,设计时必须注意:1. MOSFET尽可能接近B-、P-;2. ESD防护电容器尽可能接近P+、P-;3. 相邻线间距>0.25mm,通过电流大的线要放宽,地线加宽。

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