如何在智能手機中使用升壓旁路作為預調節(jié)器

1.前言

智能手機等便攜式設備的典型電源是單節(jié)鋰離子電池。隨著硅負極材料的發(fā)展和電池能量的最大化，例如智能手機應用中的最低工作電壓通常更低，例如2.7V。

某些負載配置，例如 Wi-Fi® 模塊、嵌入式多媒體卡 (eMMC) 和安全數(shù)字 (SD) 卡，需要高于 2.7V 的穩(wěn)壓電壓。集成到電源管理集成電路 (PMIC) 中的低壓降穩(wěn)壓器 (LDO) 為這些電源軌供電。LDO 的輸入 (VLDO_IN) 必須略高于 LDO 的最高輸出電壓。因此，如果 VLDO_IN 最終處于鋰離子電池工作范圍的中間，則在電池和 LDO 的輸入端之間需要一個升壓調節(jié)器，以保證 LDO 的輸入高于其最高穩(wěn)壓電壓。

2.預調節(jié)器電源系統(tǒng)

如果電池處于良好的充電狀態(tài)并且電壓高于所需的最低系統(tǒng)電壓，負載配置不需要升壓功能，而只是直接將電池電壓旁路到 LDO 的輸入。

圖 1 說明了在智能手機應用中使用升壓旁路作為預調節(jié)器的電源系統(tǒng)。

圖 1：PMIC 預穩(wěn)壓器的旁路升壓

TI 開發(fā)了 TPS61280A、TPS61281A 和 TPS61282A PMIC 系列，專門用于智能手機的預調節(jié)器。當電池電壓高于 LDO 輸入的最低要求電壓時，它以低電阻、高效旁路模式運行。TPS6128xA 用作高功率預穩(wěn)壓器，可延長電池運行時間并克服受電系統(tǒng)的輸入電流和電壓限制。

關斷時，TPS6128xA 以真正的直通模式運行，靜態(tài)功耗僅為 3μA，可實現(xiàn)最長的電池保質期。

在運行期間，當電池處于良好的充電狀態(tài)時，低歐姆、高效的集成直通路徑將電池連接到供電系統(tǒng)。

如果電池處于較低的充電狀態(tài)并且其電壓低于所需的最小系統(tǒng)電壓，則設備會無縫過渡到升壓模式以使用全部電池容量。

如果電池電壓低于所需的最低電壓，設備將無縫轉換到升壓模式，如圖 2 和圖 3 所示。

圖 2：TPS618xA 升壓/旁路連接

圖 3：TPS618xA 輸出電壓調節(jié)

掃描 TPS6128xA 的輸入電壓，在 V OUT_Boost = 3.4V 時對 TPS6128xA 條件進行臺架測量，輸出電壓跟隨輸入電壓，在旁路模式下在 1.5A 負載下有大約 70mV 的間隙，這是由電流引起的流經旁路場效應晶體管 (FET) (M3)。

在輸入電壓斜降期間，當輸入電壓超過升壓/旁路閾值（在本例中為 3.4V）時，TPS61280A 進入升壓模式，TPS61280A 的輸出端有大約 100mV 的下沖。

在升高輸入電壓時，只要輸出電壓比 3.4V 閾值高 2%，TPS61280A 就會進入旁路模式，并且升壓到旁路沒有下沖（或過沖），過渡非常平滑。

例如，考慮在負載 = 1.5A、輸出電容 = 16μF（有效）以及將輸入電壓從 3.3V 掃描到 3.7V 的條件下進行的臺架測量。在這種情況下，輸入電壓大于所需的目標電壓，并且 TPS61280A 的輸出跟隨輸入電壓和旁路 FET 的壓降。當輸入電壓低于目標值時，輸出電壓保持在目標值，如圖 4 所示。

圖 4：TPS6180A 輸出電壓調節(jié)

TPS6128xA 具有升壓和旁路之間的平滑過渡以及升壓或旁路模式下的高效率，因此可以使用全部電池容量。我們可以克服由具有高最小輸入電壓和硅陽極放電電池化學成分的受電組件引起的高電池截止電壓。該器件緩沖高電流脈沖，迫使系統(tǒng)關閉，在升壓和旁路模式之間無縫轉換。

預調節(jié)器受益于延長電池工作時間，這對電池工作時間有顯著影響，并轉化為更長的使用時間或在同等電池容量下更好的用戶體驗，或在類似使用情況下降低電池成本次。

TPS61281A 和 TPS61282A 具有固定的限流閾值以及在升壓和旁路之間發(fā)生轉換的默認電壓值。TPS61280A 是一款通過 I 2 C（兩線接口）完全可編程的器件。TPS61280A 為我們提供了高度的靈活性，可以根據(jù)我們自己的系統(tǒng)需求定制設備。表 1 總結了 TPS6128xA 器件系列的關鍵參數(shù)。

表1 ：TPS6128x 系列器件概覽

TI 的 TPS61280A、TPS61281A 或 TPS61282A PMIC 用作預穩(wěn)壓器可延長電池運行時間并克服受供電系統(tǒng)的輸入電流和輸入電壓限制。PMIC 采用 16 引腳芯片級封裝 (CSP)，提供非常小的總解決方案占板面積 (<20mm 2 )，且外部電感器和輸入電容器最少。