不同的應(yīng)用，要求不同的設(shè)計(jì)參量。必須考慮系統(tǒng)尺寸、效率、靈活性和外部元件數(shù)，這些都要適合最終目的。
小尺寸對(duì)于手機(jī)用集成電路是重要的。然而，在導(dǎo)航系統(tǒng)中，由于是大顯示和大形狀因數(shù)，所以體積不是關(guān)鍵性問題。所設(shè)計(jì)的導(dǎo)航系統(tǒng)一次只工作幾小時(shí)。固定在汽車儀表盤上的導(dǎo)航系統(tǒng)，由連接到汽車電池的12V適配器供電。適配器通常包含預(yù)穩(wěn)壓器來提供5V DC。通常用輸入電壓充電鋰離子電池。電池充電器可以帶或不帶電源通路。
對(duì)于不帶電源電路的充電器，電池是直接連接到負(fù)載，由充電器提供的電流在負(fù)載和電池之間分開。假若關(guān)斷應(yīng)用和沒有負(fù)載電流，則充電器提供的全部電流充電電池。當(dāng)應(yīng)用接通時(shí)，充電電流降低，其部分電流用在應(yīng)用中。然而，不能斷定進(jìn)入電池的電流，僅僅知道用于電池和應(yīng)用的充電器總輸出電流。
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在第二種充電器拓?fù)渲?，一個(gè)開關(guān)把電池和負(fù)載分離。若到充電器沒有輸入電壓，則開關(guān)閉合，而電池連接到輸出，對(duì)應(yīng)用供電。當(dāng)連接外部電源時(shí)，電池到電源輸出的開關(guān)打開，而充電器輸入到電源輸出的第二個(gè)開關(guān)閉合。輸入電壓不是直接連接到輸出就是預(yù)調(diào)整到高于電源電壓100mV或到一個(gè)固定電壓。第二個(gè)電路獨(dú)立充電電池。帶電源通路的充電器提供限制輸入電流(來自汽車適配器或來自USB總線)的選擇。可以獨(dú)立設(shè)置充電電流。電池的充電電流不依賴負(fù)載，充電終端負(fù)載是精確的，而假若是外部供電，則輸出電壓可以等于輸入電壓。
與所用充電器類型有關(guān)的電源，其輸入電壓范圍是不同的。最小工作電壓通常由鋰離子電池的最小電壓確定，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的鋰離子電池、其最小電壓可低到3V。最大電壓依賴于充電器。沒有電源通路的充電器(圖2)，最大電壓等于最大電池電壓(一般為4.2V)。對(duì)于帶電源通路的充電器(圖3)，此電壓可上升到5V以上。因此，希望電源在整個(gè)輸入范圍都具有良好的效率。這對(duì)于在電源芯片上集成有LDO(低壓降線性穩(wěn)壓器)是重要的，因?yàn)槠湫手饕蕾囉诳缃釉谕吩系碾妷海穗妷河奢斎牒洼敵鲭妷旱碾妷翰畲_定。
圖2 無電源通路的充電器
圖3 帶電源通路的充電器[!--empirenews.page--]
對(duì)集成電路方案，不必把電池充電器集成到電源管理單元(PMU)中。充電器可以配上適用的輸入源和電池。充電器可以安置在靠近電池或輸入連接器處，而PMU可放置在靠近所供電的處理器處。
集成電源選擇方案
也有用于顯示和顯示背光及音頻編譯碼器的集成電源方案。集成幾個(gè)單元的器件變成用戶專門器件。例如，TPS65024XPMU(圖1)包含三個(gè)降壓變換器，專門用于手機(jī)的I/O、存儲(chǔ)器和芯核電壓。另外三個(gè)LDO為需要非常低紋波，或低電流的電源電壓提供電壓軌。LDO1和LDO2可提供200mA輸出電流，LDO3是專門的電壓軌(Vdd-alive)，當(dāng)應(yīng)用處理器處于休眠模式時(shí)，需要接通它。輸出電流能力是30mA，而LDO3電源電流僅為10?A，保持在休眠模式下盡可能小的來自電池的電流。
圖1 TPS65024框圖
最佳選擇所有器件是具有低靜態(tài)電源電流，不需要提供任何電流到輸出，但仍然保持輸出電壓。此參量對(duì)于待機(jī)模式下工作長(zhǎng)時(shí)間是關(guān)鍵性的。低靜態(tài)電源電流改善待機(jī)時(shí)間，而且對(duì)于DC/DC變換器非常低輸出電流下的效率也是一個(gè)重要參量。[!--empirenews.page--]
高效率
DC/DC變換器(即降壓變換器)的效率受3個(gè)因數(shù)影響。在高輸出電流下，效率主要由內(nèi)部電源開關(guān)的電阻決定，所以低電阻是重要的。
在降壓變換器中，工作在固定頻率脈寬調(diào)制(PWM)模式，占空比依賴于輸入/輸出電壓比。對(duì)于低輸出電壓，內(nèi)部低端開關(guān)(NMOS)導(dǎo)通時(shí)間遠(yuǎn)長(zhǎng)于高端開關(guān)(PMOS)。對(duì)于高輸出電壓，大部分時(shí)間是高端開關(guān)導(dǎo)通。
對(duì)于10mA~200mA范圍內(nèi)的輸出電流，開關(guān)電阻不是損耗的主要考慮，而電源開關(guān)的柵極電荷和電感器損耗決定效率。適合的開關(guān)頻率到輸出電流是在此工作范圍內(nèi)保持高效率的關(guān)鍵技術(shù)，此技術(shù)稱之為脈沖頻率模式(PFM)。PFM提供給輸出一恒定能量，結(jié)果在高輸出電流有較高的開關(guān)頻率、在低出電流有低開關(guān)頻率(具有低開關(guān)損耗)。在變換器有非常低輸出電流時(shí)，由靜態(tài)電流電源引起的恒定損耗決定效率。
TPS650240對(duì)于Samsung應(yīng)用處理器應(yīng)用是最佳的(表1)，這種應(yīng)用處理器要求1V(在低電壓模式)和1.3V(在正常工作模式)芯核電壓。為使外部元件最少，降壓變換器1具有固定3.3V或2.8V輸出(專用于I/O電壓)。變換器2是用于2.5V或1.8V存儲(chǔ)器。變換器3的輸出電壓可在1V和1.3V之間變化，這取決于數(shù)字輸入(DEFDCDC3)的狀態(tài)(見圖4)。因此，不需要外部元件來設(shè)置兩個(gè)降壓變換器的電壓。為了保持靈活性，可以連接一個(gè)外部電壓分壓器來設(shè)置變換器1和2輸出電壓在0.6V到輸入電壓(Vbat)范圍(圖4)。
圖4 設(shè)置變換器1和變換器2的輸出電壓
表1 TPS65024X功能
TPS65024X中的兩個(gè)LDO具有一個(gè)分開的輸入電壓引腳，可使1.5V~6.5V范圍內(nèi)的任何電壓供電LDOS。LDO3由輸入電壓引腳Vcc內(nèi)部供電。另外，內(nèi)部的電壓比較器可以用于檢測(cè)電壓是否低于一定的閾值，并告警應(yīng)用處理器。所有的TPS650240X器件都設(shè)計(jì)成在電壓和電流范圍內(nèi)最高效率時(shí)保持損耗最小。(彭京湘)
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