MAX8648新技術方案

當今便攜電源產(chǎn)品和創(chuàng)新技術，包括照明電源管理（相機閃光燈1.2A電源，效率高達94％的電荷泵，高集成、低成本、最小芯片級封裝的LED驅動器）、高集成PMIC（最快的4MHz開關頻率，完整的多媒體／應用電源）、電池充電技術（最小的4平方毫米CC-CV充電器，USB／AC／電池輸入充電器）。

與便攜電源產(chǎn)品和創(chuàng)新技術類同，用于計算、數(shù)據(jù)通信和電信系統(tǒng)的電源管理方案，見圖1所示。除此之外，它還也包括PowerMind PMBus、PowerMind DC-DC轉換、熱扦拔、上下電排序、佘量控制和監(jiān)測、隔離DC-DC轉換器型、“或”邏輯FET控制器、MOSEFT驅動器、以太網(wǎng)供電(PoE)等系列產(chǎn)品。

圖1

值此本文將對PowerMind產(chǎn)品：轉換、控制和監(jiān)測、PowerMind DC-DC轉換、排序、余量控制和監(jiān)測、“或”邏輯MOSFET控制器，具有最快(200ns)MOSFET導通時間和最佳的故障容限、通過系統(tǒng)運行控制電源-熱插拔、安全、集成的充電器、基帶／處理器電源及照明電源管理等新型的電源管理技術與產(chǎn)品作分析介紹。之所以這樣，是從便攜設備電源設計所應考慮主要問題（即背光/相機閃光燈電源的效率和異常大的電流要求；安全、集成的充電器；基帶／處理器電源；RF電源，特別是RF功率放大器的瞬態(tài)響應和尺寸）的角度出發(fā)為設計者提供應知的信息。

1、PowerMind產(chǎn)品-轉換、控制和監(jiān)測

PowerMind系列產(chǎn)品具有完整的電源管理方案，可以為需要高密度和高精度監(jiān)測／控制的數(shù)字通信產(chǎn)品提供高性能設計。該系列降壓調節(jié)器內置MOSFET，可提供1A至200A的輸出電流，能夠工作在2.5V至28V輸入電壓范圍，適合各種系統(tǒng)配置。數(shù)字控制和監(jiān)測電路能夠為定時操作提供微秒級的可編程分辨率，如排序、跟蹤。高度靈活的監(jiān)視功能提供智能報警和故障門限設置，這些器件(如MAX688)還可以單獨處理各個負載點(POL)的故障狀況。輸出電壓的精確控制確保滿足高端處理器在整個溫度以及產(chǎn)品使用周期內的嚴格容限要求。借助器件的數(shù)字可編程及監(jiān)視功能，能夠通過遠端控制實現(xiàn)系統(tǒng)升級，從而省去了昂貴的現(xiàn)場服務費用。器件還可以對事件進行記錄，便于研究失效根源，提供進一步的保護。

*利用PMBus兼容電源實現(xiàn)監(jiān)測與控制功能

使任何DC-DC轉換器／控制器／模塊變成數(shù)字控制電源（見圖2所示）。

圖2

其特征為：PMBus兼容，多達127個地址，是±0.2％輸出精度，具有精確的余量控制；精確的監(jiān)視包括VOUT、IOUT與溫度；完美的跟蹤方案、完美的排序方案、準確報告故障、與模塊電流分配及數(shù)據(jù)記錄。

2、PowerMind DC-DC轉換

*1至8相、VRM 10/11、K8調節(jié)器芯片組，內置MOSFET為各相提供高達25A的電流。

其MAX8659應用見圖3所示。

圖3

MAX8659特征為：4.5V至25V輸入，具有基準輸入，VRM 10/11、K8；快速的工作電流檢測包括精確的電流分配與精確的壓降設定；每相150kHz至1.2MHz開關頻率，±0.5％初始輸出電壓精度，內置可編程門限的VRHOT和OVP輸出，差分遠程電壓檢測；動態(tài)VID變化，內置PGOOD消隱；可調、折返式限流與軟啟動和軟關斷。

*9V至14V輸入、雙路3A至5A內部開關、降壓調節(jié)器

整個溫度范圍內1％精度、0.6V反饋；可調的輸出電壓可低至0.6V或REFIN；可調的開關頻率或外同步到200kHz至1.5MHZ；可調的限流；啟動時輸出電壓單調上升；源出或吸入電流；REFIN用于跟蹤和DDR端接；外部低邊肖特基或MOSFET；使能或POK用于排序與軟啟動。

*單芯片、10A、集成度最高、效率最高的降壓型DC-DC轉換器MAX8566。

具有96％效率、2．4MHz開關頻率、8mΩRDs(ON)、小尺寸5mm x 5mm TQFN封裝。

圖4為功能引腳應用連接示意圖。

圖4

MAX8566特性：<8mQ導通阻抗開關；±1％輸出電壓精度；軟啟動降低電源浪涌電流；全陶瓷電容設計；5mm x 5mm、32引腳下QFN封裝。

應用：可在ASIC／DSP／CPU核電壓與DDR端接和存儲器、電信／數(shù)據(jù)通信以及POL電源方面應用。

3、排序、佘量控制和監(jiān)測

*最高集成度的故障監(jiān)視、排序以及余量控制IC

非易失故障寄存器保存系統(tǒng)故障時的12通道數(shù)據(jù)，其示意圖為圖5所示。

圖5

典型的高集成度的故障監(jiān)視、排序以及余量控制IC(如MAX16046)有八點優(yōu)勢：±1％精度ADC實現(xiàn)更優(yōu)的監(jiān)控功能；3V至14V的中間總線電源電壓；6路GPIO，看門狗I/O、可編程故障輸出與余量控制；監(jiān)視0V和UV門限加上附加的提前報警；門限；比競爭產(chǎn)品最多小75％；提供最為直觀的軟件；非易失故障寄存器提供附加的診斷功能；全部12路電源的余量控制-是競爭產(chǎn)品的兩倍！

*系統(tǒng)監(jiān)視器IC(MAX16031)確保最高的可靠性

MAX16031非易失故障寄存器保存電壓、溫度以及電流測量結果至EEPROM。

其特征有4大功能.其一、更高的精度：10位ADC，1％精度的門限值與可調的輸入范圍提供三種分辨率。其二、更大的靈活性：八路電壓輸入，即寬達2．85V至14V工作范圍與兩路欠壓(UV)門限和兩路過壓(0V)門限；三個溫度傳感器，即一個內部，兩個外部與兩路過熱門限分別用于各個傳感器；電流檢測放大器，即高達0．2％精度的電流監(jiān)視與兩路過流門限。

其三、出眾的診斷功能：非易失故障寄存器，即保存來自ADC的重要故障數(shù)據(jù)與保存失效通道的故障標志；過熱／過流指示器，即當模擬信號超出范圍時，可配置的故障輸出將告警系統(tǒng)控制器；故障比較器，即專用的RESET與兩路附加故障輸出。

其四、改善的可測試性：I2C／JTA6串行接口，即直接從內部存儲器裝載配置與帶有告警引腳，SMBus兼容。

MAXl6031／MAXl6032的優(yōu)點：更高分辨率的ADC實現(xiàn)更高的精度；非易失故障寄存器有助于調試和失效分析；EEPROM可配置門限實現(xiàn)最大的設計靈活性；附加的溫度傳感器保護重要系統(tǒng)元件；電流監(jiān)視保護系統(tǒng)免受電流尖峰損壞；寬工作范圍允許系統(tǒng)工作在中間總線電壓；當模擬信號超出范圍時，三路可配置的故障輸出將告警系統(tǒng)控制器。

4、用于PSE和PD的高集成度、端到端PoE方案

滿足IEEE 802．3af規(guī)范，適合于大功率(PoE十)應用

其供電設備(PSE)特征：有大功率(MAX5952四路PSE控制器)，即大于15W IEEE 802．3af限制和每端口可提供最高45W功率；有優(yōu)異的設計靈活性(MAX5945／52四路PSE控制器)，即手動、半自動和自動模式，簡化了系統(tǒng)調試和現(xiàn)場診斷；具有單端口／多端口PSE參考設計，即15W至70W單端口或多端口與中跨和終端應用。

其用電設備(PD) 特征：有優(yōu)異的設計靈活性(MAX5941／42 1EEE 802。3af兼容PD接口，內置PWM控制器)，即可編程浪涌電流控制與單芯片方案替代兩片IC；支持傳統(tǒng)PSE(MAX5940 1EEE 802．3af兼容PD接口控制器)，即可調UVLO允許與傳統(tǒng)PSE系統(tǒng)配合工作30W隔離/非隔離參考設計和旁路內部PD MOSFET，適合于PoE+應用。

5、“或”邏輯MOSFET控制器，具有最快(200ns)MOSFET導通時間和最佳的故障容限

MAX5079采用低壓差MOSPET替代“或”邏輯二極管，用于大電流、并聯(lián)、冗余電源設計。MAX5079對于服務器、RAID儲存、網(wǎng)絡交換機／路由器和銀盒非常理想，其應用見圖6所示。

圖6

什么原因使MAX5079成為最佳選擇？

替代大尺寸、大功耗二極管：采用低RDS(ON)MOSFET替代大功耗二極管與省去了大尺寸散熱裝置并減小了尺寸并降低成本。

故障狀態(tài)下能夠以最快速度關閉MOSFET：一旦VIN低于VBUS，能夠在200ns內關斷，防止拉低VBUS與高達3A的柵極下拉電流，確?？焖訇P閉MOSFET。

最高等級的故障容限：當V1N<VBUS的時候關斷MOSFET與當V1N失效時，通過VBUS或輔助電源取電保持對MOSFET連續(xù)控制及檢測并報告電源的UV和總線0V狀態(tài)。

高靈活性優(yōu)化設計：可調的MOSFET反向電壓門限，消除VBUS上由于脈沖干擾所產(chǎn)生的擾人的過沖與附加的慢比較器，內置可調門限和消隱時間，消除了熱插拔時所產(chǎn)生的擾人的過沖。

6、通過系統(tǒng)運行控制電源-熱插拔

熱插拔器件通過監(jiān)管機架設備中帶電插入或拔出線卡時所引起的浪涌電流，避免故障的發(fā)生。熱插拔方案極為緊湊，具有很高的可靠性，并且設計非常簡單。

熱插拔系統(tǒng)（見圖7所示）是電源和負載之間的門戶。熱插拔為什么重要？因板卡上電源濾波電容放電時阻抗小，插入時引入的大浪涌電流干擾電源，板卡插入系統(tǒng)時會產(chǎn)生很大的瞬間涌入電流，如果沒有熱插拔系統(tǒng)，嚴重時會導致背板電源電壓跌落，損壞系統(tǒng)。

圖7

而熱插拔軟啟的動負載，限制浪涌電流保護系統(tǒng)充免受干擾。

*具有先進特征的熱插拔控制器特征

電子電路斷路器保護系統(tǒng)不受故障元件影響；自調節(jié)電流限制，控制任何負載電流，適用于許多系統(tǒng)；欠壓鎖定和軟啟動，控制上電電壓和浪涌電流，保護你的系統(tǒng)；有源電流調節(jié)，限制短路來保護系統(tǒng)；集成電荷泵，低成本N溝道FET開關應用；通信／控制(FAULT，EN／DIS，PGood)，元件故障時與系統(tǒng)控制器保持通信并對隔離電源進行控制。

7、適用微處理器／ASIC供電電源的寬VIN降壓控制器可滿足許多不同的電壓需求。

新的ISL6420A PWM降壓控制器具有電壓靈活性(輸入范圍：4.5V到28V)和有效的集成度。在單獨的20引腳QFN或QSOP封裝內結合了集成控制，輸出調節(jié)，監(jiān)控，保護功能和監(jiān)視器控制，ISL6420A釋放了電路板空間，通過提供多種功能節(jié)省了您的資金。完全可調的工作頻率，從100kHz到1．4MHz—可進一步節(jié)省成本和空間。ISL6420A也包含輸出電壓監(jiān)控，提供可編程的軟啟動序列，可在啟動完成，輸出穩(wěn)定時生成一個PGOOD信號。圖8為內部結構與功統(tǒng)能示意圖。

圖8

其主要特征：

輸入電壓4.5V到28V；±1.0％ROALT，0.6V內部基準下有出色的輸出電壓調節(jié)；電阻可選的開關頻率范圍從100kHz至1.4MHz；電壓容限和外部參考電壓跟蹤；輸出可吸收或提供電流；使用上部MOSFET的rDS(on)可提供無損耗，可編程的過流保護；可編程軟啟動；簡單的單回路控制設計；快速瞬態(tài)響應；高帶寬誤差放大器；占空比在0％到100％的范圍內完全可調；帶有可編程延遲的PGOOD啟動綜合監(jiān)控功能。

8、安全、集成的充電器-帶系統(tǒng)負荷的充電（電源路徑管理，PPM）

為什么要用電源路徑管理（見圖9所示）？

能在電池完個放電時即刻得到電能，如MP3播放器，手機與藍牙耳機；能在電池充滿后停止充電，同時繼續(xù)對系統(tǒng)的電能供應，減小充／放電周期與減少過充產(chǎn)生的熱量；能動態(tài)地分布系統(tǒng)和充電電流，即當系統(tǒng)需求增加時減少充電電流與當系統(tǒng)需求大于可用電流上限時能停止充電，并開始向系統(tǒng)放電。

圖9

*電源路徑管理如何工作？

給定限流條件下，控制電路持續(xù)地監(jiān)測輸出電壓。針對下面三種不同的情況，相應地采取以下措施：第一、輸出電壓穩(wěn)定，意味著可用電流充足：→向兩個路徑提供需要的電流；第二、輸出電壓開始下降，意味著可用電流不夠充足：→減少充電電流(Lchg)直至輸輸出電壓停止下降； 第三、輸出電壓持續(xù)下降到低于電池電壓，意味著可用電流遠遠不：→合上Q2， 電池向系統(tǒng)VOUT供電。

*鋰離子電池充電系統(tǒng)的安全

如果過充，鋰離子電池可能會著火或爆炸，每年將有4000部手機著火或爆炸，假設每年出產(chǎn)的8億部移動電話中電池被過充的概率是5ppm；任何電子元件都有可能出故障，因此需要FMEA（故障機理與后果分析）。

充電系統(tǒng)安全性一主要問題：不安全充電系統(tǒng)的主要原因，低成本的后市偽劣AC／DC適配器，無保護的后市偽劣電池；解決方案：用Samsung-高輸入耐壓的充電器，用Motorola-容雙錯的充電系統(tǒng)， 用Siemens-偽劣電池的防禁。

9、SRMARTMOS技術在DDR便攜式消費電子設備供電中的應用

所謂的SRMARTMOS技術SMARTMO是飛思卡爾智能電源技術的名稱，它是混合信號模擬集成電路的骨干。SMARTMOS技術產(chǎn)品是一種為純凈與精密數(shù)字環(huán)境之中的微處理器與不很精細外部世界之間的接口。它們是無線設備、汽車電子和計算機外圍沒備不可或缺的一部分。SMARTMOS技術可以將高密集度、高速邏輯和密模擬、高電壓高電流的電源電路集成在一個芯片上。這種”智能集成”可以幫助開發(fā)出高度靈活的模擬產(chǎn)品、降低成本，減少設備空間和系統(tǒng)設計復雜性。

而DDR內存也廣泛的被應用于高速和具有存儲需求的應用中，比如：顯卡、刀片眼務器、網(wǎng)絡設備和通信設備。特別值得—提的是，便攜消費電子應用不但對于處理速度有很高的要求，而且還需要更低的工作電壓。比如常見的掌上游戲機、智能手機、數(shù)碼相機等設備，都具有某種DRAM，而—且它們都需要維持最低的功耗，以延長電池使用時間。

而要為便攜式設備的DDR內存選擇—款合適的電源，就必須權衡性能和其他技術參數(shù)，如輸入電壓或輸出電流之間的代價。對于DDR2內存而言，VTT來自于電源芯片，飛思卡爾的MC34716正式合適之選。

MC34716是使用SMARTMOS技術的電源產(chǎn)品。它集成了N通道功率MOSFET，具有高度集成、節(jié)省空間、低成本等特點的雙通道同步降壓開關穩(wěn)壓器。能使特大多數(shù)DDR應用的電源管理效率提高93％，并降低DC／DC轉換的功耗。對于小型感應器和電容器。MC347126／7器件可提供IMHz的可編引入電流切換頻率。

它是—款高性能負載點(PoL)電源，其第二路輸出具有跟蹤外部參考電壓的功能。它為雙數(shù)據(jù)速率(DDR)存儲器提供了全面的電源解決方案。通道1只提供5.0A供電電流的驅動性能，而通道2可以提供／吸收高達3.0A的電流。兩個通道都有精密的輸出調節(jié)功能，可達到很高的效率。利用其高電流驅動性能，通道1可以用來向存儲器芯片組提供VDDQ。通道2跟蹤參考電壓的能力特別適用于為現(xiàn)代數(shù)據(jù)總線提供端電壓(VTT)。MC34716 也為存儲器芯片組提供了緩沖輸出參考電壓(VREFOUT)。MC34716使得設計者能夠靈活地實現(xiàn)眾多控制、監(jiān)視和保護功能，從而輕松實現(xiàn)復雜設計。

10、負電荷MAX8647泵用于照明管理

MAX8647/MAX8648能以恒定電流驅動6個白光LED或2組RBG LED，可用于顯示屏背光或娛樂照明等應用。通過反轉電荷泵和自適應超低壓差電流調節(jié)器，這些器件可在1節(jié)Li+電池的整個輸入電壓范圍內、甚至在LED正向電壓失配較大時保持極高的效率。1MHz固定開關頻率允許使用纖小的外部元件。器件的穩(wěn)壓方案經(jīng)過優(yōu)化，可確保低EMI和低輸入紋波。MAX8647/MAX8648包含過熱關斷、開路和短路保護。

MAX8647負電荷泵，為LCD顯示器背光供電時提供高效率。該負電荷泵架構消除了從電池至LED之間的線路阻抗。電池放電時，該電路延遲1倍壓至1.5倍壓之間的模式切換。專有的自適應模式切換技術分別對六路白光或RGB LED進行獨立控制。即使LED正向壓降(VF)存在較大的不匹配，MAX8647仍然能夠提高效率12％。典型應用包括蜂窩電話、智能手機以及便攜式媒體播放器，并可擴展到所有的顯示器背光以及通用照明管理。

MAX8647提供一個I2C串行接口，MAX8648提供一個3線串行脈沖邏輯接口。兩種器件均支持獨立的主屏或子屏背光開啟/關閉以及亮度控制。電流可在24mA至0.1mA范圍內以偽對數(shù)形式分32級進行設置。兩種器件均包含溫度降額功能，保證設定為24mA滿幅輸出電流時的安全，在環(huán)境溫度高于+60℃時降低電流以保護LED。

MAX8647／8648采用微型16引腳TQFN封裝(3mmx 3mm x 0．8mm)，可工作在-40℃-+85℃溫度范圍內。