针对负载点消费类电子设备的电源管理解决方案

技术进步

　　由于更高的集成度、更快的处理器运行速度以及更低的价格目标，针对数字电视、线缆调制解调器以及机顶盒的负载点(POL)处理器电源设计变得越来越具挑战性。多年来，随着集成度的提高和工艺技术的进步，设计旨在用于消费类电子应用的数字处理器和模拟ASIC受益匪浅。现在，工艺技术的进步也可用于现成的负载点电源管理电路。本文将讨论一些电源管理设计所面临的挑战，如：选择最佳的输出电容、解决排序问题以及最少化部件数量等问题。为了解决这些问题，通过利用可保持系统低成本的电源管理器件工艺技术的进步，TI开发出了一款新型双通道、降压DC/DC转换器。现在只需要电源设计的基础知识就可以设计出一款高性能电源，从而使设计师将主要精力放在其他重要方而，以使其消费类电子产品更成功、成本更低而且功能更强大。
　　非便携式消费类电子设备都是由不同类型的AC/DC电源供电的。例如：线缆调制解调器是由一个简单的墙上适配器供电的，而液晶电视则在其机壳中集成了一个具有功率因数校正(PFC)功能的、可提供数百瓦功率的比较复杂的电源。在上述每个AC/DC电源中，根据具有较大负载电流的系统所需要的最高DC电压，AC电源可转换为常见的DC电压，如：5V、12V或24V。其负载可以是线驱动器、冷阴极灯管(CCFL)背光逆变器或凋谐器模块。

　　对于消费类应用而言，将两个电源集成到一个芯片上，并采用低引脚数量的小型封装具有诸多好处。大多数消费类应用都需要多个低电压轨来为逻辑电路供电。在这些应用中，双通道转换器可以将单个控制器和两个转换器的MOSFET组合在一个紧凑型器件中。许多ASIC和处理器都需要内核电压和I/O电压，这可能存在排序要求。一款双通道输出DC/DC转换器可以将电路集成，以实现输出电压排序要求的轻松实施。减少DC/DC转换器的数量可以从多方面节约成本，例如：由于在电路板上焊接组件数量的减少，从而加速了产品上市进程，简化了设计、降低了采购限制并提高了可靠性。

　　要使双通道、高电流DC/DC转换器成为现实的技术需要考虑诸多设计因素。由于在一个封装中包含了两个转换器，所以要保持器件的低功耗就是一个很人的挑战。如欲实现较小的电路面积，低阻抗MOSFET的集成至关重要，但同时还要满足转换器封装的散热要求。不幸的是，降低电源MOSFET的导通电阻就意味着增大硅裸片的面积，此举会增加芯片的尺寸和成本。DC/DC转换器厂商经常面临着这样进退两难的僵局：要么缩小MOSFET的尺寸以满足芯片小型封装的要求，要么增大MOSFET的尺寸以降低功耗并提高效率。借助一流的工艺技术，TPS54386在尺寸与效率之间实现了平衡――小型14引脚HTSSOP封装中每个MOSFET的导通电阻为85mΩ。对于消费类电子设计师来说，将同类竞争产品宽输入电压范围的DC/DC转换器的导通电阻进行比较，并对其效率进行测量以确保获得最佳值是个不错的想法。图1显示了一款用于双通通道输出DC/DC转换器的典型应用电路，该转换器具有集成的高压侧MOSFET。
虽然使用双通道转换器有诸多好处，但相似的单通道DC/DC转换器通常也有很广的市场前景。当两个低压输出的目标负载之间相隔很火的距离时，使用两个单通道控制器要比使用一个双通道转换器好的多。在高电流的情况下，PWB线迹的电阻会降低负载的输出电压。这样就会影响电源的稳压精度和功耗。在完成电路布局之前，对电路板做一个精心的规划有助于确定是采用一个双通道转换器，还是采用两个单通道转换器更好些。

　　排序

越来越多的处理器厂商开始针对内核与I/O上电时序提供建议的时序指南。除了可以满足内核与I/O上电时序要求以外，对电源进行排序还有助于降低启动时的浪涌电流。当多个电源轨同时启动时，对主电源就提出了更高的要求。如果在大电流充电(charging bulk)时伴随着电流消耗(current draw)，且旁路电容非常大，那么主电源可能会跳变至电流限制设置值，从而导致其关断。交错电压轨有助于最少化与浪涌电流有关的问题。为了解决这些问题，图1所示的双通道转换器提供了单独开启的引脚，以适应具体的启动顺序。在向电源输入引脚施加电压以后，可能会使用一个与启动引脚相连的R-C电路来延迟相关输出的开启。此外，排序引脚还允许用户选择顺序排序或比例排序。对于比例排序而言，每个输出端都会在进入稳压的同时，以最终输出电压决定的比例斜坡上升(见图2)。而对于顺序排序而言，当一个输山端实现稳压以后，另一个输出端才开始启动。通过SEQ引脚，用户可以对其中的任何一个输出端进行编程，以使输出端先完成斜坡上升。如果需要的话，开