便攜產(chǎn)品常用電源管理芯片的應用指南

　　便攜產(chǎn)品常用電源管理芯片

　　●低壓差穩壓器（LDO Linear Regulators ）

　　 LDO

　　 VLDO;

　　●基于電感器儲能的DC/DC Converters （Inductor Based Switching Regulators）

　　 Buck

　　 Boost

　　 Buck-Boost;

　　● 基于電容器儲能的Charge Pumps（Switched Capacitor Regulators）； ;

　　●電池充電管理Battery Chargers;

　　● 鋰電池保護Lithium Battery Protection;

　　電源管理芯片選用思考

　　● 選用生產(chǎn)工藝成熟、品質(zhì)優(yōu)秀的生產(chǎn)廠(chǎng)家產(chǎn)品；

　　● 選用工作頻率高的芯片，以降低成本周邊電路的應用成本；

　　●選用封裝小的芯片，以滿(mǎn)足便攜產(chǎn)品對體積的要求；

　　● 選用技術(shù)支持好的生產(chǎn)廠(chǎng)家，方便解決應用設計中的問(wèn)題；

　　● 選用產(chǎn)品資料齊全、樣品和DEMO 申請用易、能大量供貨的芯片；

　　● 選用產(chǎn)品性能/價(jià)格比好的芯片；

　　LDO線(xiàn)性低壓差穩壓器

　　LDO 線(xiàn)性低壓差穩壓器是最簡(jiǎn)單的線(xiàn)性穩壓器，由于其本身存在DC 無(wú)開(kāi)關(guān)電壓轉換，所以它只能把輸入電壓降為更低的電壓。它最大的缺點(diǎn)是在熱量管理方面，因為其轉換效率近似等于輸出電壓除以輸入電壓的值。例如，如果一個(gè)驅動(dòng)圖像處理器的LDO 輸入電源是從單節鋰電池標稱(chēng)的3.6V,在電流為200mA 時(shí)輸出1.8V 電壓，那么轉換效率僅為50%,因此在手機中產(chǎn)生了一些發(fā)熱點(diǎn)，并縮短了電池工作時(shí)間。雖然就較大的輸入與輸出電壓差而言，確實(shí)存在這些缺點(diǎn)，但是當電壓差較小時(shí)，情況就不同了。例如，如果電壓從1.5V 降至1.2V,效率就變成了80%.

　　當采用1.5V 主電源并需要降壓至1.2V 為DSP 內核供電時(shí)，開(kāi)關(guān)穩壓器就沒(méi)有明顯的優(yōu)勢了。實(shí)際上，開(kāi)關(guān)穩壓器不能用來(lái)將1.5V 電壓降至1.2V,因為無(wú)法完全提升MOSFET（無(wú)論是在片內還是在片外）。標準低壓差（LDO）穩壓器也無(wú)法完成這個(gè)任務(wù)，因為其壓差通常高于300mV.理想的解決方案是采用一個(gè)非常低壓差（VLDO）穩壓器，輸入電壓范圍接近1V,其壓差低于300mV,內部基準接近0.5V.這樣的VLDO 穩壓器可以很容易地將電壓從1.5V 降至1.2V,轉換效率為80%.因為在這一電壓上的功率級通常為100mA 左右，那么30mW 的功率損耗是可以接受的。VLDO 的輸出紋波可低于1mVP-P.將VLDO 作為一個(gè)降壓型開(kāi)關(guān)穩壓器的后穩壓器就可容易地確保低紋波。

　　開(kāi)關(guān)式DC/DC升降壓穩壓器

　　● 當輸入與輸出的電壓差較高時(shí)，開(kāi)關(guān)穩壓器避開(kāi)了所有線(xiàn)性穩壓器的效率問(wèn)題。它通過(guò)使用低電阻開(kāi)關(guān)和磁存儲單元實(shí)現了高達96%的效率，因此極大地降低了轉換過(guò)程中的功率損失。

　　● 選用開(kāi)關(guān)頻率高的DC/DC 可以極大地縮小外部電感器和電容器的尺寸和容量，如超過(guò)2MHz 的高開(kāi)關(guān)頻率。

　　● 開(kāi)關(guān)穩壓器的缺點(diǎn)較小，通?？梢杂煤玫脑O計技術(shù)來(lái)克服。但是電感器的頻率外泄干擾較難避免，設計應用時(shí)對其EMI 輻射需要考慮。

　　● 開(kāi)關(guān)式DC/DC 升降壓穩壓器按其功能分成Buck 開(kāi)關(guān)式DC/DC 降壓穩壓器、Boost 開(kāi)關(guān)式DC/DC 升壓穩壓器和根據鋰電池的電壓從4.2V 降低到2.5V 能自動(dòng)切換降升壓功能的Buck-Boost 開(kāi)關(guān)式DC/DC 升降壓穩壓器。

　　電荷泵（Charge Pump）

　　電容式電荷泵通過(guò)開(kāi)關(guān)陣列和振蕩器、邏輯電路、比較控制器實(shí)現電壓提升，采用電容器來(lái)貯存能量。電荷泵是無(wú)須電感的，但需要外部電容器。工作于較高的頻率，因此可使用小型陶瓷電容（1μF），使空間占用最小，使用成本低。電荷泵僅用外部電容即可提供±2倍的輸出電壓。

　　其損耗主要來(lái)自電容器的ESR（等效串聯(lián)電阻）和內部開(kāi)關(guān)晶體管的RDS（ON）。電荷泵轉換器不使用電感，因此其輻射EMI 可以忽略。輸入端噪聲可用一只小型電容濾除。它輸出電壓是工廠(chǎng)生產(chǎn)時(shí)精密予置的，調整能力是通過(guò)后端片上線(xiàn)性調整器實(shí)現的，因此電荷泵在設計時(shí)可按需要增加電荷泵的開(kāi)關(guān)級數，以便為后端調整器提供足夠的活動(dòng)空間。電荷泵十分適用于便攜式應用產(chǎn)品的設計。從電容式電荷泵內部結構來(lái)看，它實(shí)際上是一個(gè)片上系統。

　　線(xiàn)性穩壓器與開(kāi)關(guān)穩壓器的比較

　　線(xiàn)性穩壓器與開(kāi)關(guān)穩壓器的比較可從下表清楚看到。