便攜產(chǎn)品常用電源管理芯片的應(yīng)用指南

便攜產(chǎn)品常用電源管理芯片

●低壓差穩(wěn)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(hù)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(yīng)用成本；

●選用封裝小的芯片，以滿足便攜產(chǎn)品對體積的要求；

● 選用技術(shù)支持好的生產(chǎn)廠家，方便解決應(yīng)用設(shè)計中的問題；

● 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/價格比好的芯片；

LDO線性低壓差穩(wěn)壓器

LDO 線性低壓差穩(wěn)壓器是最簡單的線性穩(wěn)壓器，由于其本身存在DC 無開關(guān)電壓轉(zhuǎn)換，所以它只能把輸入電壓降為更低的電壓。它最大的缺點是在熱量管理方面，因為其轉(zhuǎn)換效率近似等于輸出電壓除以輸入電壓的值。例如，如果一個驅(qū)動圖像處理器的LDO 輸入電源是從單節(jié)鋰電池標(biāo)稱的3.6V,在電流為200mA 時輸出1.8V 電壓，那么轉(zhuǎn)換效率僅為50%,因此在手機中產(chǎn)生了一些發(fā)熱點，并縮短了電池工作時間。雖然就較大的輸入與輸出電壓差而言，確實存在這些缺點，但是當(dāng)電壓差較小時，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(dāng)采用1.5V 主電源并需要降壓至1.2V 為DSP 內(nèi)核供電時，開關(guān)穩(wěn)壓器就沒有明顯的優(yōu)勢了。實際上，開關(guān)穩(wěn)壓器不能用來將1.5V 電壓降至1.2V,因為無法完全提升MOSFET（無論是在片內(nèi)還是在片外）。標(biāo)準(zhǔn)低壓差（LDO）穩(wěn)壓器也無法完成這個任務(wù)，因為其壓差通常高于300mV.理想的解決方案是采用一個非常低壓差（VLDO）穩(wěn)壓器，輸入電壓范圍接近1V,其壓差低于300mV,內(nèi)部基準(zhǔn)接近0.5V.這樣的VLDO 穩(wěn)壓器可以很容易地將電壓從1.5V 降至1.2V,轉(zhuǎn)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 作為一個降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器的后穩(wěn)壓器就可容易地確保低紋波。

開關(guān)式DC/DC升降壓穩(wěn)壓器

● 當(dāng)輸入與輸出的電壓差較高時，開關(guān)穩(wěn)壓器避開了所有線性穩(wěn)壓器的效率問題。它通過使用低電阻開關(guān)和磁存儲單元實現(xiàn)了高達(dá)96%的效率，因此極大地降低了轉(zhuǎn)換過程中的功率損失。

● 選用開關(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2MHz 的高開關(guān)頻率。

● 開關(guān)穩(wěn)壓器的缺點較小，通?？梢杂煤玫脑O(shè)計技術(shù)來克服。但是電感器的頻率外泄干擾較難避免，設(shè)計應(yīng)用時對其EMI 輻射需要考慮。

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

電荷泵（Charge Pump）

電容式電荷泵通過開關(guān)陣列和振蕩器、邏輯電路、比較控制器實現(xiàn)電壓提升，采用電容器來貯存能量。電荷泵是無須電感的，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。

其損耗主要來自電容器的ESR（等效串聯(lián)電阻）和內(nèi)部開關(guān)晶體管的RDS（ON）。電荷泵轉(zhuǎn)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。它輸出電壓是工廠生產(chǎn)時精密予置的，調(diào)整能力是通過后端片上線性調(diào)整器實現(xiàn)的，因此電荷泵在設(shè)計時可按需要增加電荷泵的開關(guān)級數(shù)，以便為后端調(diào)整器提供足夠的活動空間。電荷泵十分適用于便攜式應(yīng)用產(chǎn)品的設(shè)計。從電容式電荷泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)來看，它實際上是一個片上系統(tǒng)。

線性穩(wěn)壓器與開關(guān)穩(wěn)壓器的比較

線性穩(wěn)壓器與開關(guān)穩(wěn)壓器的比較可從下表清楚看到。

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