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          ASSP優(yōu)化手持設(shè)備中的電源管理電路設(shè)計(jì)

          作者: 時(shí)間:2016-12-06 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

            絕大多數(shù)的電池供電的手持設(shè)備通??梢杂靡粋€(gè)AC適配器,一個(gè)通用串行總線(xiàn)(USB),或者一塊鋰/聚合物電池來(lái)供電,但是,如何實(shí)現(xiàn)這些電源間的電源通道控制是一個(gè)很大的技術(shù)挑戰(zhàn)。直到最近,設(shè)計(jì)師還在試圖利用分離的方式,即用一組MOSFET以及運(yùn)算放大器等來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能,但他們面臨著很大的問(wèn)題,如熱插拔和很大的瞬間電流等,這些都會(huì)引起很大的系統(tǒng)問(wèn)題。在各類(lèi)電池供電的手持設(shè)備中的功能和性能方面存在一定的共性,這些產(chǎn)品中可以使用應(yīng)用定制標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(ASSP),且沒(méi)有在單晶圓制造工藝中出現(xiàn)的與IC制造相關(guān)的性能折衷。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201612/326713.htm

            無(wú)縫地管理交流適配器,USB和鋰離子電池之間的功率流,符合USB標(biāo)準(zhǔn),所有部分均封裝在一個(gè)4×5mm QFN內(nèi)。似乎這還不足夠,它還帶有一個(gè)全功能的鋰離子/聚合物電池充電器,能夠提供高達(dá)1.2A的充電電流,再加上三個(gè)用來(lái)產(chǎn)生絕大多數(shù)USB外設(shè)所需的低電壓軌的高效率同步降壓轉(zhuǎn)換器。此外,LTC3555還提供一個(gè)恒定的25mA的低壓差線(xiàn)性調(diào)節(jié)器來(lái)為實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)和低功率邏輯電路供電。整個(gè)器件可以通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的I2C接口或簡(jiǎn)單的I/O口來(lái)控制。

            LTC3555接口電路設(shè)計(jì)

            

            電路原理:DC/DC變換是一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的降壓變換。LTC3555的三個(gè)片上降壓變換器都工作在電流模式控制,效率高達(dá)95%,具有I2C或芯選觸發(fā)突發(fā)模式或自動(dòng)的觸發(fā)突發(fā)模式。DC/DC變換器的開(kāi)關(guān)頻率為2.25MHz,允許使用很小的外部電容和電感。這些降壓變換器的連續(xù)輸出電流分別為 1A,400mA和400mA,輸出電壓在0.8-3.6V之間可編程。

            LTC3555的功率提供方法與現(xiàn)有的電池和電源管理 IC不同,實(shí)際上是電荷饋送(charger-fed)系統(tǒng)。在一般的電源管理IC中,外部電源并不直接為負(fù)載供電。而是由AC適配器或USB口為電池充電,然后再為負(fù)載供電。在電池被過(guò)度放電或根本就沒(méi)有任何電量的情況下,為負(fù)載供電會(huì)有一個(gè)延遲。這是因?yàn)殡娔軣o(wú)法直接從電池取走,直到電池獲得了所需的最少量的電荷后方可。使用LTC3555后,就可以消除該延遲,只要墻體適配器或USB一插上就可以立即為手持設(shè)備供電。此外,芯片可以取走負(fù)載未用的功率,并用它為電池充電。這兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)(即省去了充電延遲以及同時(shí)充電和為負(fù)載供電)延長(zhǎng)了有效的工作時(shí)間,并且在連接到USB時(shí)加速充電。這種電源管理技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提高了使用效率,只要有AC或USB電源即可。這種情況下,可以省去不需要的變換級(jí)(用于電池充電)。

            高效率開(kāi)關(guān)電源通道控制器

            與有一個(gè)線(xiàn)性電源通道控制器的上一代產(chǎn)品 LTC3455不同,LTC3555有一個(gè)高效率的開(kāi)關(guān)模式電源通道控制器。專(zhuān)門(mén)為USB應(yīng)用而設(shè)計(jì),LTC3555的電源通道控制器整合了一個(gè)精密平均輸入遞降開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器,這樣可以最大限度地利用可用的USB功率。因?yàn)殡娔鼙槐4妫琇TC3555允許VOUT上的負(fù)載電流超過(guò)USB口吸取的電流,但不超過(guò)USB負(fù)載規(guī)范的要求。電源通道開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器與電池充電器相互通信以確保輸入電流不會(huì)超過(guò)USB的指標(biāo)限制。更進(jìn)一步,從BAT到VOUT之間的理想二極管保證了功率可以始終送到VOUT,即便是沒(méi)有足夠的功率或者在VBUS上根本就沒(méi)有電源的情況下也是如此。

            

            圖2:LTC3555電源通道方框圖

            當(dāng)VBUS可用時(shí)并且電源通道開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器激活時(shí),就可以通過(guò)SW將電源從VBUS送到VOUT(見(jiàn)圖2)。VOUT驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載(圖1中的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器1,2和3)和電池充電器組成的混合負(fù)載。如果混合負(fù)載沒(méi)有超過(guò)電源通道開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的編程輸入電流限制,VOUT將跟蹤0.3V(電池電壓以上)。通過(guò)保持電池充電器上的電壓為低,效率被優(yōu)化,因?yàn)閾p失到線(xiàn)性電池充電器上的功率被減到了最小,其結(jié)果是送到負(fù)載上的可用功率被優(yōu)化。

            如果VOUT的混合負(fù)載足夠大,能引起開(kāi)關(guān)電源達(dá)到編程輸入電流的限制值,電池充電器將充電電流降低所需的量,以滿(mǎn)足外部負(fù)載需求的值。即使電池電流被設(shè)置得超過(guò)了允許的USB電流,也不會(huì)超過(guò)USB規(guī)范,因?yàn)殚_(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器會(huì)始終限制平均輸入電流,以確保不會(huì)出現(xiàn)這種情況。進(jìn)一步說(shuō),VOUT上的負(fù)載電流始終是優(yōu)先的,只有剩余的功率才被用來(lái)對(duì)電池充電。如果電池電壓低于3.3V,或者電池不存在,而且負(fù)載的需求不會(huì)引起開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器超過(guò)USB規(guī)范的要求,VOUT將會(huì)降到一個(gè)位于3.6V與電池電壓之間的某個(gè)值上。如果電池不存在,而負(fù)載有超過(guò)了可用的USB功率,VOUT將會(huì)跌落到地電平。很清楚,對(duì)于電池供電的手持設(shè)備的設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō),有許多選項(xiàng)來(lái)確保電池壽命對(duì)于其特定的應(yīng)用來(lái)說(shuō)是最優(yōu)化的。一個(gè)性能最優(yōu)的、多功能的ASSP能夠提供實(shí)現(xiàn)最佳系統(tǒng)功能所需的電壓或功率電平,同時(shí)確保在正常工作時(shí)電池的漏功率減到最小。



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