便攜產(chǎn)品充電電路旁路元件的選擇

　　手機、數碼相機、數碼攝像機、DVD播放器、MP3播放器和PDA等便攜式產(chǎn)品的充電電路設計可以采用四種不同的拓撲結構。四種解決方案都使用帶外部旁路元件（見(jiàn)圖1）的控制PMU（電源管理單元）。本文將探討外部旁路元件的組成，并將討論各種設計的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

　　圖1 帶外部旁路元件的解決方案

　　選擇旁路元件取決于不同因素和它們各自對設計的重要性，包括開(kāi)關(guān)效率、功率損耗、散熱、驅動(dòng)電路配置、PMU配置、PCB占位面積、封裝高度、ESD容差和價(jià)格。充電電路額定電流小于600mA時(shí)，旁路元件經(jīng)常集成在PMU中，完全不需要外部元件，因此，本文著(zhù)重于討論額定電流為1A的便攜式產(chǎn)品的充電電路。旁路元件的四種不同的拓撲結構如圖2所示。

　　圖2 旁路元件的四種不同的拓補結構

　　開(kāi)關(guān)效率對于電路很重要，其中旁路元件的開(kāi)關(guān)時(shí)間引起的損耗將影響電池壽命。

　　正在推出的開(kāi)關(guān)充電電路在給定面積中的功耗比標準線(xiàn)性穩壓器少。拓撲結構A、B和D適用于這種情況，設計人員在選擇時(shí)可以著(zhù)重考慮MOSFET的開(kāi)關(guān)時(shí)間。

　　導電功耗是影響電路效率的重要因素。旁路元件上的壓降越小，功耗就越小。拓撲結構A和B都含有肖特基二極管，其上的壓降相對較高，因此功耗也較大。拓撲結構C是一個(gè)低VCEsat的雙極晶體管（BJT），其中設計人員必須考慮驅動(dòng)電流損耗以及BJT上的損耗。拓撲結構D使用了兩個(gè)串聯(lián)現代溝道（modern trench）MOSFET，其中兩個(gè)元件都增加了損耗。背靠背布置的小RDS（ON） MOSFET可提供極小的導通功耗。

　　散熱在線(xiàn)性穩壓充電電路中起著(zhù)重要作用。1A的線(xiàn)性穩壓使這些超小的封裝產(chǎn)生大量的熱量。散熱方法之一是使用單獨封裝的元件，讓不同元件在PCB上均勻散熱。替代方案是將幾個(gè)元件封裝在一起，設計時(shí)需要著(zhù)重考慮的是封裝熱阻。WDFN 2mm×2mm封裝中的BJT和MOSFET新產(chǎn)品的特征是墊盤(pán)暴露在下面，明顯降低了熱阻。使用拓撲結構C（BJT）時(shí)，設計人員需要考慮潛在的熱量流失。

　　驅動(dòng)電路配置會(huì )受PMU設計影響，大多數PMU會(huì )提供為BJT或MOSFET設計的驅動(dòng)電路。在分立設計中，BJT會(huì )需要能被吸收或耗散的連續驅動(dòng)電流。增益相對高的BJT需要更小的驅動(dòng)電流。MOSFET需要高柵極電壓以得到低導通損耗。對于P溝道器件，可能需要增加一個(gè)電平偏移，而N溝道器件可能需要增加一個(gè)電荷泵。

　　PMU配置可能使用旁路元件完成充電以外的功能。拓撲結構D中，旁路元件用作開(kāi)關(guān)，讓電流從充電電池返回到另一個(gè)元件或電路。這種配置經(jīng)常用于筆記本電腦中的可拆卸電池組上，其中相同的電池組連接器用于電池充電并對筆記本電腦供電。而且，在電話(huà)中，電池可用于驅動(dòng)外部揚聲器、MP3播放器、藍牙等。

　　由于設計人員要不斷滿(mǎn)足更新的挑戰，在更小的空間中容納更多的元件，因此，PCB占位面積和封裝高度也起著(zhù)重要的作用。WDFN（0.75mm）或UDFN封裝（0.55mm）的特征是外形極薄、占位面積小且性能高，它們是今天便攜式電子設備的中常選用的器件封裝方式。如果封裝高度和占位面積不重要，那么設計人員可以從所有四種拓撲結構選擇多樣化的封裝形式，其中，拓撲結構A需要挑選并放置另一額外元件。

　　隨著(zhù)便攜式產(chǎn)品越來(lái)越小，ESD容差也變得越來(lái)越重要。鄰近或在連接器上的ESD電荷變得越來(lái)越重要。因為BJT（HB＞8000V）的結構，其抗ESD性能明顯比MOSFET（HB＞300V）好，而且不需要外部ESD保護，因此減少了元件數量。

　　價(jià)格始終是設計人員需要考慮的一個(gè)重要因素。封裝形式越老、封裝尺寸越大，價(jià)格就越低。比如，SOT23（3 mm×3mm）是業(yè)內成本最低的封裝之一。至于其他小型封裝，如ChipFET（3mm×2mm）或最新的WDFN（2mm×2mm）封裝，尺寸更小、熱阻更低，但是價(jià)格較高。在體積較大、形式較老的封裝中使用拓撲結構A將是性?xún)r(jià)比最高的解決方案。

　　結論

　　新產(chǎn)品推出時(shí)間越來(lái)越短，使得設計工程師不得不重用前一充電電路的設計，而這種做法常常使制造商陷入更被動(dòng)的局面，因為他們的競爭對手正在評估最新的技術(shù)并應用這些新解決方案以獲得明顯的性能優(yōu)勢。市場(chǎng)需要更小、更薄、更快、更耐熱和更可靠的產(chǎn)品，在變攜產(chǎn)品的充電電路設計上，也是同樣，需要設計工程師考慮多方面的因素，最后取得性能和價(jià)格的平衡，使自己的產(chǎn)品能接受市場(chǎng)的挑戰。