便攜產(chǎn)品充電電路旁路元件的選擇

　　手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、DVD播放器、MP3播放器和PDA等便攜式產(chǎn)品的充電電路設(shè)計(jì)可以采用四種不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。四種解決方案都使用帶外部旁路元件（見圖1）的控制PMU（電源管理單元）。本文將探討外部旁路元件的組成，并將討論各種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

　　圖1 帶外部旁路元件的解決方案

　　選擇旁路元件取決于不同因素和它們各自對(duì)設(shè)計(jì)的重要性，包括開關(guān)效率、功率損耗、散熱、驅(qū)動(dòng)電路配置、PMU配置、PCB占位面積、封裝高度、ESD容差和價(jià)格。充電電路額定電流小于600mA時(shí)，旁路元件經(jīng)常集成在PMU中，完全不需要外部元件，因此，本文著重于討論額定電流為1A的便攜式產(chǎn)品的充電電路。旁路元件的四種不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　圖2 旁路元件的四種不同的拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)

　　開關(guān)效率對(duì)于電路很重要，其中旁路元件的開關(guān)時(shí)間引起的損耗將影響電池壽命。

　　正在推出的開關(guān)充電電路在給定面積中的功耗比標(biāo)準(zhǔn)線性穩(wěn)壓器少。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)A、B和D適用于這種情況，設(shè)計(jì)人員在選擇時(shí)可以著重考慮MOSFET的開關(guān)時(shí)間。

　　導(dǎo)電功耗是影響電路效率的重要因素。旁路元件上的壓降越小，功耗就越小。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)A和B都含有肖特基二極管，其上的壓降相對(duì)較高，因此功耗也較大。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)C是一個(gè)低VCEsat的雙極晶體管（BJT），其中設(shè)計(jì)人員必須考慮驅(qū)動(dòng)電流損耗以及BJT上的損耗。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)D使用了兩個(gè)串聯(lián)現(xiàn)代溝道（modern trench）MOSFET，其中兩個(gè)元件都增加了損耗。背靠背布置的小RDS（ON） MOSFET可提供極小的導(dǎo)通功耗。

　　散熱在線性穩(wěn)壓充電電路中起著重要作用。1A的線性穩(wěn)壓使這些超小的封裝產(chǎn)生大量的熱量。散熱方法之一是使用單獨(dú)封裝的元件，讓不同元件在PCB上均勻散熱。替代方案是將幾個(gè)元件封裝在一起，設(shè)計(jì)時(shí)需要著重考慮的是封裝熱阻。WDFN 2mm×2mm封裝中的BJT和MOSFET新產(chǎn)品的特征是墊盤暴露在下面，明顯降低了熱阻。使用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)C（BJT）時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要考慮潛在的熱量流失。

　　驅(qū)動(dòng)電路配置會(huì)受PMU設(shè)計(jì)影響，大多數(shù)PMU會(huì)提供為BJT或MOSFET設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路。在分立設(shè)計(jì)中，BJT會(huì)需要能被吸收或耗散的連續(xù)驅(qū)動(dòng)電流。增益相對(duì)高的BJT需要更小的驅(qū)動(dòng)電流。MOSFET需要高柵極電壓以得到低導(dǎo)通損耗。對(duì)于P溝道器件，可能需要增加一個(gè)電平偏移，而N溝道器件可能需要增加一個(gè)電荷泵。

　　PMU配置可能使用旁路元件完成充電以外的功能。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)D中，旁路元件用作開關(guān)，讓電流從充電電池返回到另一個(gè)元件或電路。這種配置經(jīng)常用于筆記本電腦中的可拆卸電池組上，其中相同的電池組連接器用于電池充電并對(duì)筆記本電腦供電。而且，在電話中，電池可用于驅(qū)動(dòng)外部揚(yáng)聲器、MP3播放器、藍(lán)牙等。

　　由于設(shè)計(jì)人員要不斷滿足更新的挑戰(zhàn)，在更小的空間中容納更多的元件，因此，PCB占位面積和封裝高度也起著重要的作用。WDFN（0.75mm）或UDFN封裝（0.55mm）的特征是外形極薄、占位面積小且性能高，它們是今天便攜式電子設(shè)備的中常選用的器件封裝方式。如果封裝高度和占位面積不重要，那么設(shè)計(jì)人員可以從所有四種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇多樣化的封裝形式，其中，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)A需要挑選并放置另一額外元件。

　　隨著便攜式產(chǎn)品越來越小，ESD容差也變得越來越重要。鄰近或在連接器上的ESD電荷變得越來越重要。因?yàn)锽JT（HB＞8000V）的結(jié)構(gòu)，其抗ESD性能明顯比MOSFET（HB＞300V）好，而且不需要外部ESD保護(hù)，因此減少了元件數(shù)量。

　　價(jià)格始終是設(shè)計(jì)人員需要考慮的一個(gè)重要因素。封裝形式越老、封裝尺寸越大，價(jià)格就越低。比如，SOT23（3 mm×3mm）是業(yè)內(nèi)成本最低的封裝之一。至于其他小型封裝，如ChipFET（3mm×2mm）或最新的WDFN（2mm×2mm）封裝，尺寸更小、熱阻更低，但是價(jià)格較高。在體積較大、形式較老的封裝中使用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)A將是性價(jià)比最高的解決方案。

　　結(jié)論

　　新產(chǎn)品推出時(shí)間越來越短，使得設(shè)計(jì)工程師不得不重用前一充電電路的設(shè)計(jì)，而這種做法常常使制造商陷入更被動(dòng)的局面，因?yàn)樗麄兊母?jìng)爭(zhēng)對(duì)手正在評(píng)估最新的技術(shù)并應(yīng)用這些新解決方案以獲得明顯的性能優(yōu)勢(shì)。市場(chǎng)需要更小、更薄、更快、更耐熱和更可靠的產(chǎn)品，在變攜產(chǎn)品的充電電路設(shè)計(jì)上，也是同樣，需要設(shè)計(jì)工程師考慮多方面的因素，最后取得性能和價(jià)格的平衡，使自己的產(chǎn)品能接受市場(chǎng)的挑戰(zhàn)。