2020年電源管理芯片精編版

1、便攜產(chǎn)品電源管理芯片的設(shè)計技巧隨著便攜產(chǎn)品日趨小巧輕薄，對電源管理芯片也提出更高的要求 ，諸如高集成度、高可靠性、低噪聲、抗干擾、低功耗 等.本文探討了在便攜產(chǎn)品電源設(shè)計的實際應用中需要注意的各方面問題便攜產(chǎn)品的電源設(shè)計需要系統(tǒng)級思維，在開發(fā)手機、MP3 PDA PMP DSCf?由電池供電的彳氐功耗產(chǎn)品時，如果電源系統(tǒng)設(shè)計不合理，會影響到整個系統(tǒng)的架構(gòu)、產(chǎn)品的特性組合、元件的選擇、軟件的設(shè)計以及功率分配架構(gòu)等.同樣，在系統(tǒng)設(shè)計中，也要從節(jié)省電池能量的角度出發(fā)多加考慮.例如，現(xiàn)在便攜產(chǎn)品的處理器一般都設(shè)有幾種不同的工作狀態(tài)，通過一系列不同的節(jié)能模式（空閑、睡眠、深度睡眠等）可減少對電池容量的消

2、耗.當用戶的系統(tǒng)不需要最大處理能力時，處理器就會進入電源消耗較少的低功耗模式.從便攜式產(chǎn)品電源管理的發(fā)展趨勢來看，需要考慮以下幾個問題:1.電源設(shè)計必須要從成本、 性能和產(chǎn)品上市時間等整個系統(tǒng)設(shè)計來考慮；2.便攜產(chǎn)品日趨小巧輕薄化，必需考慮電源系統(tǒng)體積小、重量輕的問題；3.選用電源管理芯片力求高集成度、高可靠性、低噪聲、抗干擾、低功耗 ，突破散熱瓶頸，延長電池壽命；4.選用具有新技術(shù)的新型電源芯片進行方案設(shè)計，這是保證產(chǎn)品先進性的基本條件，也是便攜產(chǎn)品電源管理的永恒追求.便攜產(chǎn)品常用電源管理芯片包括 ：低壓差穩(wěn)壓器（LDO）、非常低壓差穩(wěn)壓器（VLDO）、基于電感器儲能的DC/DC專換器（降

3、壓電路Buck、升壓電路Boost、降壓-升壓變換器Buck-Boost） >基于電容器儲能的電荷泵、電池充電管理芯片、鋰電池保護 IC.選用電源管理芯片時應注意：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，以降低周邊電路的 應用成本；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，方便解決應用設(shè)計中的問題；選用產(chǎn) 品資料齊全、樣品和 DEMCB于申請、能大量供貨的芯片；選用性價比好的芯片.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

4、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LDO電流主通道在其內(nèi)部是由一個MOSFE加一個過流檢測電阻組成,肖特基二極管作反相保護,輸出端的分壓電阻取出返饋電去控制MOSFET勺流通電流大小，EN使能端可從外部去控制它的工作狀態(tài)，內(nèi)部還設(shè)置過流保護、過溫保護、信號放大、Power-OK、基準源等電路，實際上LDO已是一多電路集成的 SoC.LDO的ESD>4KV,HBM ESD>8KV.低壓差穩(wěn)壓器的應用象三端穩(wěn)壓一樣簡單方便，一般在輸入、輸出端各加一個濾波電容器即可.電容器的材質(zhì)對濾波效果有明顯影響，一定要選用低ESR的X7R & X5R陶瓷電容器.LDO

5、布線設(shè)計要點是考慮如何降低 PCB板上的噪音和紋波，如何走好線是一個技巧加經(jīng)驗的工藝性細活 ，也是設(shè)計產(chǎn)品 成功的關(guān)鍵之一.圖1說明了如何設(shè)計走線電路圖，掌握好電流回流的節(jié)點，有效的控制和降低噪音和紋波.優(yōu)化布線方案是值得 參考的.圖1:LDO布線電路方案如果一個驅(qū)動圖像處理器的 LDO輸入電源是從單節(jié)鋰電池標稱的 3.6V,在電流為200mA寸輸出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%.當采用

6、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 MOSFE氏論是在片內(nèi)還是在片外）.LDO穩(wěn)壓器也無法完成這個任務，因為其壓差通 常高于300mV.理想的解決方案是采用一個 VLDO1壓器，輸入電壓范圍接近1V,其壓差低于300mV,內(nèi)部基準接近0.5V.這樣的VLDOH 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勺功率 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

7、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降低至I 2.5V能自動切換降升壓功能的 Buck-Boost開關(guān)式DC/DCM降壓卡急壓器.當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96%勺效率，因此極大地降低了轉(zhuǎn)換過程中的功率損失.Buck開關(guān)式DC/DC降壓穩(wěn)壓器是一種采用恒定頻率、電流模式降壓架構(gòu)，內(nèi)置主（P溝道MOSFE硼同步（N溝道MOSFET）開關(guān).

8、PWM控制的振蕩器頻率決定了它白勺工作效率和使用成本.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，通常可以用好的設(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)計應用時對其EMI輻射需要考慮.圖2給出了 Buck開關(guān)式DC/DC應用線路設(shè)計，需要注圖中粗線的部分：粗線是大電流的通道；選用MuRata、Tayo-Yuden、 TDK&AVXj質(zhì)優(yōu)良、低ESR的X7R& X5R陶瓷電容器;在應用環(huán)境溫度高，或低供電電壓和高占空比條件下 （如降壓）工作，要考慮 器件的降溫和散熱.必須注意：SW vs

9、. L1距離4mm;Cout vs. L1距離4mm;SW Vin、Vout、GND勺線必須粗短.要得到一個運作穩(wěn)定和低噪音的高頻開關(guān)穩(wěn)壓器，需要小心安排PCB板的布局結(jié)構(gòu)，所有的器件必需靠近 DC/DC,可以把PCB板按功能分成幾塊，如圖3所示.1.保持通路在Vin、Vout之間,Cin、Cout接地很短，以降低噪音和干擾；2. R1、R2和CF 的反饋成份必須保持靠近 VFB反饋腳，以防噪音;3.大面積地直接聯(lián)接2腳和Cin、Cout的負端.圖2:Buck開關(guān)式DC/DC應用線路設(shè)計DC/DC應用舉例：1. APS1006為MCU/DS駭（Core）供電;2. APS1006應用于電子礦燈

10、（圖3）;3. APS1046 應用于0.8-1.8 微硬盤供電（圖4）;4. APS1006 、 APS4070應用于智能手機（圖5）.圖3:APS1006應用于電子礦燈APS 1006圖4:APS1046應用于0.8-1.8 微硬盤供電圖5:APS1006、APS4070在智能手機上的應用電荷泵及其應用技巧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(1 gF),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

11、等效串聯(lián)電阻(ESR)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).電荷泵是一種無幅射的有效升壓器件，它不使用電感器而使用電容器作為儲能器件.在設(shè)計應用時需要注意電容器的容 量和材質(zhì)對輸出紋波的影響.外部電容器的容量關(guān)系到輸出紋波，在固定的工作頻率下，太小的電容容量，

12、將使輸出紋波增大.輸出紋波大小與電容器材料介質(zhì)有關(guān)，外部電容器的材料類型關(guān)系到輸出紋波.同一電荷泵，使用相同的容量和尺寸而不同材料類型的電容器，輸出紋波的結(jié)果.在工作頻率固定，電容器容量相同的情況下，優(yōu)良的材料介質(zhì)，將有效地降低紋波.選用低ESR的 X7R & X5R陶瓷電容器是一種比較好的選擇 .LCD Module(LCM)是目前CR MP3/MP4 PMPI求量較大的產(chǎn)品，在有BM的PCB面積上，需要按裝LCD屏、數(shù)碼相機的鏡 頭和閃光燈、音頻 DAC等器件，因此它需要封裝很小的多芯片組合的電源模塊 (MCM),以減小電源IC所占PCB的面積，而手機產(chǎn) 品又要求這些電源IC對RF

13、幾乎無干擾.電池充電管理芯片和鋰電池保護IC鋰電池充電IC是一個片上系統(tǒng)(SoC),它由讀取使能微控制器、2倍涓流充電控制器、電流環(huán)誤差放大器、電壓環(huán)誤差放大器、電壓比較器、溫度感測比較器、環(huán)路選擇和多工驅(qū)動器、充電狀態(tài)邏輯控制器、狀態(tài)發(fā)生器、多工器、LED信號發(fā)生器、MOSFET基準電壓、電源開機復位、欠電壓鎖定、過流/短路保護等十多個不同功能的IC整合在一個晶元上.它是一個高度集成、智能化芯片.鋰電智能充電過程：涓流充-> 恒流充-> 恒壓充-> 電壓檢測，因此電路設(shè)計的關(guān)鍵是要做到 ：充分保護、 充分充電、自動監(jiān)測、自動控制 .鋰電池保護電路是封裝在鋰電池包內(nèi)的，它由一

14、顆鋰電池保護IC和二顆MOSFET成.在圖6中,OD代表過放電控制;OC代表過充電控制；P+、P-接充電器；B+、B-接鋰電池.鋰電池保護電路簡單工作原理如下：正常裝態(tài)M1、M2均導通；過充電時M2OC腳由高電位轉(zhuǎn)至低電位，電閘關(guān)閉，截止充電，實現(xiàn)過充電保護；充電電流方向P+->P-;過放電時M1 OD腳由高電位轉(zhuǎn)至低電位， 電閘關(guān)閉，截止充放電，實現(xiàn)過放電保護；放電電流方向P- ->P+.圖6:鋰電池保護電路鋰電池保護電路的 PC瞰是很小的,設(shè)計時必須注意:1. MOSFET盡可能接近B-、P-;2. ESD防護電容器盡可能接近 P+， P-;3.相鄰線間距>0.25mm,

15、通過電流大的線要放寬，地線加寬.電源管理芯片的低功耗 OMAP系統(tǒng)設(shè)計隨著半導體設(shè)計和制作工藝技術(shù)的不斷提高，電路板上的期間運行速度將更快，體積將更小.供電系統(tǒng)要求更多的種類的電壓、更低的供電電壓和更大的供電電流電源包不再僅僅局限于提供電流、電壓和監(jiān)控溫度，還必須診斷電源供應情況、靈活設(shè)定每個輸出電壓參數(shù).普通的模擬解決方案難以滿足這些需求.數(shù)字電源的目標就是將電源轉(zhuǎn)換與電源管理用數(shù)字方法集成到單個芯片中，實現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換、控制和通信.數(shù)字電源實現(xiàn)了數(shù)字和模擬技術(shù)的融合，具有很強的適應性和靈活性，具備直接監(jiān)視、處理及適應系統(tǒng)條件的能力.數(shù)字電源還可通過遠程診斷確保持續(xù)的系統(tǒng)可靠性，實現(xiàn)故障管理、過

16、壓過流保護、自動冗余等功能.但是數(shù)字電源不比傳統(tǒng)的模擬電源效率更高，而且成本一般較高.目前數(shù)字電源需要大濾波器，這使其工作效率比模擬電源低.本文介紹一種在嵌入式數(shù)字信號處理器(DSP)OMAP5912E使用簡單的數(shù)字電源實現(xiàn)系統(tǒng)低功耗設(shè)計的方法.使用TI公司的電源轉(zhuǎn)換和電壓監(jiān)控芯片TPS65010實現(xiàn)對DSP系統(tǒng)各種狀態(tài)的檢測.在不同狀態(tài)下輸出不同的供電電壓，減小供電電流，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的低功耗運行.該設(shè)計方法適用于各種低功耗要求的手持電子設(shè)備.TPS65010是TI公司推出的一款針對鋰離子供電系統(tǒng)的電源和電池直理芯片.TPS65010集成了 2個開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器Vmain和Vcore、2個低壓差

17、電源轉(zhuǎn)換器 LD01和LDO2以及1個單體鋰離子電池充電器，非常適合手持電子設(shè)備的應用要求.當12 V直流電源適配器接通時，芯片無需開關(guān)電路.在實際使用中，Vmain可以提供2.53.3 V電壓,Vcore可以提供O.81.6 V 電壓,LD01和LDO2可以提供1.86.5 V電壓.各個不同電壓下的電流一般可以達到400 mA,滿足大部分手持設(shè)備的需求.可以通過I2C總線對TPS65010的各種寄存器進行設(shè)置，也可以通過通用的引腳將重要的信息通知TPS65010,例如可以通過LOW_POWER引腳使TPS65010輸出低功耗模式下的工作電壓.OMAP591渥TI公司推出的嵌入式 DSP,具有

18、雙處理器結(jié)構(gòu)，片內(nèi)集成ARMF口 C55系列DS呦理器.T1925T處理器基于ARM9 核，用于控制外圍設(shè)備.DSP基于TMS320C55忌,用于數(shù)據(jù)和信號處理，提供1個40位和1個16位的算術(shù)邏輯單元(ALU).由于 DSP采用了雙ALU結(jié)構(gòu)，大部分指令可以并行運行，工作頻率達到150 MHz,并且功耗更低.C55和ARM以聯(lián)合仿真，也可以單獨 仿真.OMAP5912內(nèi)部專門配置了超低功率設(shè)備 (U"a Low Power Device,ULPD).ULPD模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 1所示.ftSTlSUTPWRONRJESET管冏器口 i電位近楨出'夏位產(chǎn)生BFAtL/EXT_F

19、1Q -« *HOST 航r i /BC1.KREQU 8CLK睡喉模式狀態(tài)機芯片IDLE芯片嗓樗總片IDLER嗔酸狀力mpCrSt£ 1 ULPD模塊內(nèi)耨制構(gòu)從圖1可以看出，ULPD模塊主要由復位管理器、 FIQ管理器以及睡眠模式狀態(tài)機組成 .片內(nèi)ULPCO OMAP591芯片內(nèi)部 的復位產(chǎn)生模塊以及芯片IDLE和喚醒狀態(tài)控制器相連接.片外ULPD）勺復位管理器負責檢測上電復位和手動復位 ，并將片內(nèi)的復 位信號輸出；FIQ管理器專門用于檢測電池電壓，一旦出現(xiàn)電池電壓低于或高于系統(tǒng)要求 ，或者電池電源質(zhì)量不高（紋波較大、過 沖較大、瞬間脈沖較大）等,FIQ管理器將中斷系統(tǒng)工

20、作；睡眠模式狀態(tài)機負責檢測和輸出不同的工作方式 ，在不同的工作方式下 將提供不同的電壓和電流，從而降低系統(tǒng)功耗.共有3種睡眠模式：正常工作模式、Big Sleep模式和Deep Sleep模式.2系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)較完整的手持設(shè)備系統(tǒng)主要由 OMAP5912 TPS6501O AD/DA LCD SDRAM人機接口以及 Flash組成.其硬件連接如圖 2所示.圖中,DSP是核心控制單元；AD用于采集模擬信號，并將其轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號;DA將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號；人機接口主要 包括鍵盤接口 .Flash保存DSP所需的程序，供DSP上電調(diào)用.此外，使用DSP勺HPI接口連接到PC機.JTAG 歸防出口F

21、lashKM1FSr=t| TPS65Q10人機推口SDRAM =LM1FF同步串I IAD/DALCD控制瑞HPI圖2 系繞硬件結(jié)構(gòu)思梃圖TPS65010和OMAP5912勺連接是實現(xiàn)系統(tǒng)低功耗設(shè)計的關(guān)鍵，具體硬件連接如圖 3所示.TPS650lO可以提供OMAP591所需的各種電壓，但是核心運算單元需要的 CVDD©及重要外設(shè)需要的 DVDD油TPS7620l從Vmain電壓轉(zhuǎn)換得到.具體的TPS76201 的硬件連接如圖 4所示.TPS7620l將Vmain的3.3V電壓轉(zhuǎn)換成1.6 V 提供給OMAP只要Vmain的電壓不低于1.8 V,TPS76201 都將穩(wěn)定地輸出1.6

22、 V電壓，以確保OMAPE任何，t#況下，即使是深度睡眠狀態(tài)，核心運算單元和重要的外設(shè)都有穩(wěn)定的電源保證.注意，如果不要求OMA朦統(tǒng)的低功 耗設(shè)計，CVDD所口 DVDD4可以直接連接到 Vcore.TPS650IOOMAPS4i：明3 TPS65Q1D和加州巧912的連接TPS65010的Vcore輸出1.6 V電壓提供給 OMAP勺其他核，這些核電壓在低功耗狀態(tài)下均可以降低到1.1 V.TPS65010的VLDO1和VLDO漪出2.75V電壓提供給OMAP勺其他外設(shè)，這些電壓和常規(guī)的 3.3 V存在一定的電壓差，但不影響數(shù)據(jù)傳輸. 般情況下，高電平只要達到2 V以上就可以了 ；低功耗狀態(tài)下

23、，VLDO1和VLDO潴B降低到1.1 V.使用2個LDO給不同的外設(shè)提供電壓，是為了在Big Sleep狀態(tài)下關(guān)閉某些外設(shè)并同時能夠使能其他外設(shè).如果不進行低功耗設(shè)計，可以使用同一個LDO提供電壓.TPS65010的I2C總線連接到 OMA映于OMAP寸TPS65010的寄存器進行設(shè)置.TPS65010的RESPWRON腳連接至U OMAP 的Power_Reset弓腳，上電復位后由 TPS65010復位OMAP;TPS65010勺LOWPWR腳連接到 OMAP勺LOW_PWR腳,OMAPa入低功 耗狀態(tài)由該引腳通知 TPS65010,TPS65010將設(shè)定的各種電壓降低，從而降低系統(tǒng)功耗.

24、TPS76201VmajD T 0-CVDDAgsmoo 一圖4 TPS76201的硬件連接4 OMAP5912的低功耗軟件設(shè)計OMAP5912有3種工作模式，分別為正常工作模式、Big Sleep模式和Deep Sleep模式.正常工作模式下，使能所有的內(nèi)部時鐘和外部時鐘以及引腳，此時系統(tǒng)功耗最大,TPS650lO也按照正常工彳方式供電.低功耗模式下，隨時判斷是否有芯片IDLE 請求，如果有則進入Big Sleep模式.在Big Sleep模式下，進一步判斷是否有外部時鐘請求 ，并根據(jù)情況進入 Deep Sleep模式. 在系統(tǒng)正常工作方式下，如果不需要進行低功耗設(shè)計，以上軟件無需加入到應用

25、程序中.進行低功耗設(shè)計時，就需要對OMAP勺各種工作狀態(tài)進行判斷，要在應用程序中加入 LOW_PWR號使能、關(guān)閉DSP核、激活并設(shè)置喚醒事件、關(guān)閉ARM核、激活并設(shè)置深度睡眠等軟件代碼.5總結(jié)本文詳細介紹了基于 TPS65010和OMAP5912勺低功耗系統(tǒng)設(shè)計.使用TPS65010的多個電源輸出引腳給 OMAP勺不同單元 供電，以便在OMAP勺不同工作模式下改變電壓輸出，降低系統(tǒng)功耗.OMAP艮據(jù)自身的軟件運行情況，隨時調(diào)整工作模式，并通知 TPS65010,使得軟件和硬件在低功耗設(shè)計上得到互通 .該設(shè)計方法適用于各種對功耗要求較高的電子設(shè)備 .高級電源管理芯片F(xiàn)S1610及其應用Fsl61

26、0是一款采用專利數(shù)字技術(shù)生產(chǎn)的高級電速直理控制器件，該器件可為數(shù)碼相機、智能手機、個人PDA和筆記本電腦等移動設(shè)備提供完全可編程的電源系統(tǒng)解決方案.與傳統(tǒng)的電源管理方法相比,FSl610能節(jié)約2040%勺PcB面積，止匕外，其完全可編程的專利數(shù)字技術(shù).還能極大縮短研發(fā)周期.加快產(chǎn)品上市進程.1 FSl610的主要功能IS1610內(nèi)部的電壓檢測主要針對的是FS1610芯片的供電輸入，而器件的輸出則包括8個高效開關(guān)電源和3個低功耗LDO,表1所列是其電源輸出列表.需要注意的是,FS1610的輸出電壓和電流都會受到輸入電壓、 曳晝、電容以及外部諸多元件因素的 影響.囊1 FSt&lP的*比利

27、表奏也*電一招達曲電國范麗電費雪信謫）3JW網(wǎng).SW翩HI3aM903SW l| .SW P M PJ53 rz5，301步陽6.S-J5()-»(*就計撞電LSW 70-朝30UXh3LDO |l|:Z| . 3 網(wǎng)QUat-w1 1 電源輸出FS1610提供有8個開關(guān)電源.3個LDO電源和1個始終開啟的電源.對這些電源輸出的控制一般有三種方式 ：其一是通過 外部的PWRE使能輸人引控制；其二是通過串行命令在使用過程中根據(jù)具體情況進行控制；第三則是按照EEPROMP的設(shè)置程序來執(zhí)行.FS1610的電源輸出主要用于降壓轉(zhuǎn)換、升壓轉(zhuǎn)換、白光旦驅(qū)動、低壓差穩(wěn)壓、負升壓轉(zhuǎn)換和電池供電等.圖

28、I所示是用FS1610來驅(qū)動白光LED的驅(qū)動電路.1.2電源輸入FS1610的供電電壓范圍是 2.85.5 v.圖2所示是S1610的供電輸人以及 AC適配器和電池之（的切換電路 .其中VMAIN 為主電池比較器輸入，用來直接監(jiān)測電池的狀態(tài)；VIN為主電源供電輸入；DBOUTI于斷開電池的輸出，將它連接到一個外部的 P 通道MOSFET當檢測到電池的無電狀態(tài)（DB）或者AC適配器有輸入時，由該輸出置位斷開電池和主電源的連接；BATBU為備用電池輸人，一般情況下，為了能使芯片正常操作，在BATBUB入引腳上一定要有電壓；VBAT為始終開啟的供電輸出，可由內(nèi)部開關(guān)控 制，當SW2有效且穩(wěn)定時，可將

29、SW2連接到VBAT來提供電壓；否則由BATBU合VBAT提供電壓.102供電物人導電急切整電1 3其他功能FS1610內(nèi)有一個非易失存儲器 NVM(EEPROM燈用于保存啟動的配置信息，這些信息包括通道電壓、通道使能，禁止、個電源的開關(guān)順序以及實時時鐘、看門狗、中斷等信息FS1610可通過晶體時鐘提供實時時鐘的操作.而其可編程報警器則可向CP3出中斷.FS1610片內(nèi)還集成有一個看門狗定時器，可通過EEPRO醯程設(shè)置，其定時時間達32s,時間間隔是1ms.但是，由于達到定時時間時，芯片就會復位，所以，為了避免 這種情況的發(fā)生，主機必須在程序設(shè)置的定時周期結(jié)束之前，對WD碳行復位.FS1610

30、應由32.768 kHz她或者具有合適的頻率和電壓的時鐘源來為芯片提供內(nèi)部時鐘.而器件的CLKOU喻出弓I腳則能為外部提供32.768 kHz的輸出.FSl610的nEXTONf關(guān)輸人端一般連接到瞬間接觸開關(guān)上 ，可用來控制芯片的開/關(guān).FSl610 分別為不同類型的處理器設(shè)計有兩個復位輸出 nIRSTO和nRSTO而手動復位輸入nRSTI則主要用來啟動一個硬件復位，以作為主 機CPU的系統(tǒng)復位信號.FSl610在需要的情況下可提供中斷，并向主機發(fā)出警報.這些警報包括低電壓，電源通道故障，RTC警報等.同時可以通過 串行命令來對中斷進行操作.2 Fsl610 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖3是FSl610模

31、塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖.由圖可見,FSl610以電源管理控制器為核心，可為外部設(shè)備提供豐富的電源通道.另外，配合電源管理.FSl610還提供有非易失性存儲器 NVM實時時鐘RTC看門狗定時器 WDT中斷、復位等系統(tǒng)控制模塊.瑁，電 升H電鼻升此事弭 青比*0博燕星G】很電，白JUED卷通 一百以電函力43 冏1610的南事地怫承#事WITT精選文檔3工作模式FS1610有兩種操作模式，分別為串行模式和獨立模式,FS1610芯片片可通過I2C、SPI和ART串口來接受主機的控制和 管理，也可以在啟動后根據(jù) EEPRO加載的參數(shù)獨立工作.低功耗是FS1610的最突出優(yōu)勢之一.該芯片上的各個功能模塊在不

32、需 要操作時都可以關(guān)閉.已進人休眠狀態(tài).FS1610會根據(jù)不同的環(huán)境條件在 5種電源狀態(tài)下自動切換，以使功耗最小化.這5種狀態(tài) 分另為:無電（NOPOWER）態(tài)、關(guān)斷（SHUTDOWN）態(tài)（即SD狀態(tài)）、就緒（READY狀態(tài)、工作（ACTIVE）狀態(tài)、低功耗（LOWPOWE樹 態(tài).設(shè)計時.可以對FS31610的多路電源進行靈活的配置和控制.除了對單個電源通道的開/關(guān)操作之外.還可以對電源通道進行分組，然后對各電源組進行操作.電源的啟動和關(guān)閉順序，也可以設(shè)置存儲在 EEPROMP ,以便主機在操作的過程中來控制 .FSl610對芯片提供有可能出現(xiàn)的各種故障的監(jiān)測和管理.這些監(jiān)測包括：受監(jiān)測電源正

33、常狀態(tài)、電源通道故障、電池電壓和備用電池監(jiān)測、熱關(guān)斷、中斷.此外,FS1610芯片還可根據(jù)EEPRO仲的設(shè)置，對監(jiān)測到的不同狀態(tài)進行不同的操作.4基于FSl6l0的導航儀供電系統(tǒng)FSl610的多電源輸出和電源管理功能在便攜式設(shè)備中應用非常方便.圖4是FSl610電源管理控制芯片在基于 Sumsang公司的ARM眥理器S3c2440的導航儀上的供電電路.根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求，該導航儀除了具有基本的 GPS1航功能外.還需要高分辨率白勺液晶屏支持.為此，該系統(tǒng)選用的是 LCD模塊，該模塊是已經(jīng)包含了背光和控制電路的液晶屏，但需要+3.3 v和+5 v供電.表2所列出是該導航儀系統(tǒng)的電源需求.衰2等航

34、長暴跳的電事求到塞電日電壓電施姓用券核3OTW： L2V* 4001b； L3V390mA3JVXW世博瞬總段時*IJV13V300mAGPS3,3V60mASD卡13 V20mALCD3.3V250nALCD* 光5V4O0knA由于該導航儀通常是采用電池供電，故需要最小化的功率消耗，而且要求各外設(shè)都要由系統(tǒng)控制.在圖4中用FSl610對導航儀系統(tǒng)進行供電的電源分配方案中，需要注意的是，LCD背光需要400mA電流的+5v供電，而FSl610的升壓電路不能提供這么大的電流，因此，設(shè)計時應用一個外加的升壓電路來提供LCD的背光電源.國4 晶于FSIM。的牛枇儀岫電*電雄槌劇5結(jié)束語本文介紹了高

35、級電源管理控制芯片F(xiàn)S1610的原理和功能，給出了一個FSl610在基于ARM變理器S3c2440設(shè)計的導航儀上的應用方案.采用該方案進行供電的導航儀，不但可以自由控制各個模塊電源的開和關(guān)，而且可以在不需要的時候關(guān)閉模塊以便最小化整個系統(tǒng)的功耗.與傳統(tǒng)的方法相比，選用FSl610不但可以明顯節(jié)省電路板面積.提供更多的通道電壓.而且控制也 更加靈活電源管理芯片在以太網(wǎng)供電中的應用什么是以太網(wǎng)供電？術(shù)語"以太網(wǎng)"是指IEEE802.3 標準涵蓋的各種局域網(wǎng)(LAN)系統(tǒng).以太網(wǎng)協(xié)議是在工作場所，通過高速數(shù)據(jù)電纜將臺 式PC與中央文件服務器連接起來的協(xié)議.任何連接到以太網(wǎng)端口的設(shè)

36、備，如數(shù)據(jù)終端、無線接入點、網(wǎng)絡(luò)攝像機(web cam)或網(wǎng)絡(luò)電話等，都需要通過電池或獨立 AC插座為自己供電.而更為優(yōu)雅的方法則是能夠向連接到以太網(wǎng)的任何設(shè)備同時傳輸電_雪口數(shù)據(jù).如果這種傳輸方式能夠利用現(xiàn)有的以太網(wǎng)布線，則可以保持100%的歷史兼容性，那將再好不過了 .這正是IEEE802.3af規(guī)范中定義的以太網(wǎng)供電(PoE)標準所提供的內(nèi)容.這一新標準于2003年6月由IEEE批準，是通過以太網(wǎng)發(fā)送和接收電源信號的標準.PoE的優(yōu)點在于：由于每個設(shè)備只需要一組連線，因此每個設(shè)備的布線更為簡單和便宜；免去了 AC插座和適配器，使工作環(huán)境更安全、整潔，成本也更 低；可輕易地將設(shè)備從一處移至

37、另一處；無間斷電源可確保在 AC電源斷電時繼續(xù)為設(shè)備供電；可對連接到以太網(wǎng)的設(shè)備進行遠程監(jiān)控.正是這些優(yōu)點使得以太網(wǎng)供電成為一項從本質(zhì)上改變了低功耗設(shè)備供電方式的全新技術(shù).但就目前而言，推動PoE總有效市場增長(TAM, Total Available Market)的主力是兩類用電設(shè)備：無線LAN接入點和VoIP(網(wǎng)絡(luò)語音)電話.至2007年, 前者的復合年增長率(CAGR)為38%,達1500萬個(來源:iSuppli),而支持后者的企業(yè)網(wǎng)預計將達到300萬個.對用電設(shè)備的這種需求反過來將推動現(xiàn)有以太網(wǎng)交換機向支持PoE功能轉(zhuǎn)移的需求.這是通過使用"中繼"(midspa

38、n)來實現(xiàn)的，如圖1所示.這些單元的增長至 2007年預計將達到800萬，增長率為68%.在圖1的示例中，源頭的以太網(wǎng)交換機通過一個 "中繼"以太網(wǎng)供電集線器將電源"注入"局域網(wǎng)的雙絞線電纜來提供PoE功能.新的以太網(wǎng)交換機將集成該"中繼",從而實現(xiàn)向通過高速數(shù)據(jù)電纜連接的用電設(shè)備(PD)供電.這些用電設(shè)備可以是網(wǎng)絡(luò)攝像機(web cam)、網(wǎng)絡(luò)語音電話、無線局域網(wǎng)接入點和其他電器設(shè)備.不間斷電源(UPS)將提供備用電源，以防市電斷電.電源管理器件用于轉(zhuǎn)換電壓和電流,可以用在以太網(wǎng)交換機中，以太網(wǎng)供電"中繼"集線器

39、中，以及位于用電設(shè)備中的DC-DC轉(zhuǎn)換單元中.下面各段將對這些功能中的每個功能分別進行討論用T澄洋辭門友同殳拴赳中的中挽柒武器電源管理器件在以太網(wǎng)交換機中的應用最新的以太網(wǎng)交換機可以通過24或48個獨立端口向用電設(shè)備提供 PoE連接性，并與非PoE系統(tǒng)保持歷史兼容.每臺用電設(shè)備均由其自己的 48V電源供電，每臺用電設(shè)備的最大允許功耗為15.4W,以太網(wǎng)交換機可以對每臺設(shè)備的用電單獨進行管理.IEEE802.3af PoE規(guī)范最多允許在每臺用電設(shè)備處消耗大約13W的功率，而以太網(wǎng)交換機提供的最大 15.4W的功率是為了彌補長電纜帶來的一定程度的損耗.48V電源實際上允許在用電設(shè)備端使用3657V

40、之間的任意電壓.電壓要求大約為最大開關(guān)電壓的2彳t（應對開關(guān)尖脈沖等的經(jīng)驗法則 ，要求電源開關(guān)必須采用額定 VDS為100V的分立MOSFET.圖2顯示了一個PoE控制器，通過分立MOSFET空制四個端口 .在該例中，使用的是飛利浦半導體公司的四個 PHT4NQ10T 器件.這種配置相當于每個以太網(wǎng)交換機或中繼采用12個IC和48個MOSFET至2007年，用于"中繼"電源管理的MOSFET的總有效市場容量（TAM）將達到5700萬美元（3億8千4百萬只），而IC將達到4800萬美元（9600萬片）.PoE控制器通常指的是"熱插拔"（Hot Swap）控

41、制器.這些IC的功能包括：分別控制四個獨立的 PoE端口 ；檢測有效用電設(shè)備的連接；（使用低阻值的檢測電阻）監(jiān)測MOSFET勺穩(wěn)態(tài)電流；當一個用電設(shè)備第一次連接到個端口時，控制浪涌電流和 MOSFE功耗；具備欠流斷開檢測功能以確定用電設(shè)備是否已斷開連接在正常工作情況下，當一個端口已經(jīng)供電并且用電設(shè)備的旁路電容已經(jīng)充電到端口電壓時，外部MOSFET的功耗非常低.這意味著較小的 MOSFET就能完成這個功能.然而,IEEE802.3af 的其他要求，例如加電時的浪涌電流以及不兼容的用電設(shè)備連 接到端口的風險，要求MOSFET能承受很大的瞬態(tài)功耗.正是基于這些原因，才采用了分立MOSFET而不是集成

42、方案.對以太網(wǎng)交換機中的 MOSFET的進一步要求是其在關(guān)斷狀態(tài)下的漏電流要非常低.IEEE802.3af要求每端口絕對最大漏電流不得高于12 A,而且這個要求還包括了除MOSFET之外其他可能存在的保護電路的泄漏途徑.飛利浦半導體公司的MOSFE僦是為滿足此項要求而設(shè)計的，其最大漏電流僅為1 A.電源管理器件在用電設(shè)備（PD）中的應用用電設(shè)備的框圖如圖 3所示.來自以太網(wǎng)電纜的直流電源通過二極管橋式整流器恢復，因此消除了用電設(shè)備電路電壓極性加反的可能性.當一個設(shè)備連接到一個 PoE端口時，以太網(wǎng)交換機就執(zhí)行一個"發(fā)現(xiàn)"程序以確定該設(shè)備是否為可接受以太 網(wǎng)供電的設(shè)備，還是不

43、支持PoE的老式設(shè)備.當用電設(shè)備斷開時，也會執(zhí)行"發(fā)現(xiàn)"程序.之所以需要這個發(fā)現(xiàn)程序是因為高電壓 （48V）連到許多傳統(tǒng)設(shè)備上會造成設(shè)備損毀.有鑒于此，當電壓與已有的傳統(tǒng)設(shè)備兼容時，就會執(zhí)行"發(fā)現(xiàn)"程序，只有在“發(fā)現(xiàn)"符合要求時才會提供高電壓直流電源.IEEE802.3af的"發(fā)現(xiàn)"機制是基于特性阻抗的檢測來實現(xiàn)的.圖3用電潰鬻事的通過確定從每個端口吸收的功率 ，供電設(shè)備(PSE)可輔助系統(tǒng)電源管理協(xié)議，根據(jù)系統(tǒng)供電的輸出能力，確定其所能支 持的用電設(shè)備總數(shù).為了實現(xiàn)這種電源管理，IEEE802.3af 標準中加入了一種稱為

44、"分類"的可選方法."分類"方法可以讓用電設(shè) 備向以太網(wǎng)交換機或"中繼"集線器報告其最大功率需求，從而使電源管理協(xié)議能將未使用的功率分配給其他端口，充分利用已安裝的電源容量.接口控制器的功能是作為用電設(shè)備電路主電路的"通斷開關(guān)"，基于一個100V的N溝道MOSFET構(gòu)建.僅當額定48V電源位于可接受容限以內(nèi)時，接口控制器才會允許用電設(shè)備連接.此外，接口控制器通常還提供浪涌電流限制和故障電流限制功能.MOSFET的浪涌性能則與上面以太網(wǎng)交換機應用中的100V MOSFET相當.一旦"發(fā)現(xiàn)"過程完成

45、，且接口控制器確定電源電壓在容許范圍內(nèi)時，接口控制器的MOSFET就會開啟，電源就施加到隔離DC-DC轉(zhuǎn)換器.隔離DC-DC轉(zhuǎn)換器需能在用電設(shè)備前端和用電設(shè)備電路的其他部分之間提供1500V的隔離(這是一種安全特，性)，并向用電設(shè)備電路的其他部分提供一個或多個低壓直流電壓，最大總功耗為13W.該轉(zhuǎn)換器的輸入額定電壓為48V,采用通用的前向和返弛拓撲結(jié)構(gòu).這是常用的DC-DC轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)，與低功率電信電源極為相似.有多種控制器IC可以滿足這一需 求.如飛利浦半導體公司 GREENCHIPTMI(列中的開關(guān)電源(SMPS)控制器IC 芯片TEA1502.據(jù)VDC預測，到2007年，高達4.96億個端

46、口將采用電源管理芯片.由于并不是所有的端口都會被利用到，當使用率為50%時，用電設(shè)備的總有效市場容量將為2.48億.小結(jié)綜上所述,PoE是一項將改變設(shè)備供電方式的全新技術(shù).假以時日,PoE將成為很多設(shè)備所采用的普及技術(shù).正是電源管理器件(既包括IC也包括MOSFET成就了這種改變.基于電源管理芯片 VB409的無變壓器供電電源設(shè)計在小型的MC應用系統(tǒng)中，采用AC220V供電時，一般要使用變壓器又電源進行處理,將高壓交流電降到低壓后再進行直流處理，或者將交流電變?yōu)楦邏褐绷麟姾笤龠M行高頻變換，以得到MCIM統(tǒng)的工作電源.這對于結(jié)構(gòu)沒有特殊要求的系統(tǒng)，在設(shè)計上屬于常規(guī)的問題,使用上述的線性電源技術(shù)或

47、者開關(guān)電源技術(shù)，均能得到方便的解決.但是有些MCE用系統(tǒng)在體積上要求極其小巧，甚至不能安放變壓器，所以常規(guī)的電源處理就不能滿足其要求了.因此，使用能夠直接接收高壓交流電并將其直接變換成低壓直流的技術(shù)，是最佳的設(shè)計選擇.VB409的出現(xiàn)有望實現(xiàn)這一設(shè)計思路.1 VB409概述VB409是ST公司推出的電源處理產(chǎn)品.其PENTAWATTHV(02冽裝形式的產(chǎn)品大小與普通 TO220封裝的7805相近，只是 引出腳為5個;還有一種PowerSO1陰裝的產(chǎn)品是10腳表面貼裝式IC.輸入端可以直接接入 AC 220 V，且輸入端允許的最高輸 入電壓為AC 580 V.輸出部分有2個：一個是最終輸出 OUTPUT1為+5V;另一個是芯片的中間輸出OUTPUT2M型值為16 V.對負載的供電能力為 OUTPUTS大為80 mA，OUTPUT2R大為25mA.圖1為VB409的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖.INPUTuuTpm：GNRDft相壓級中。UTPUTl圖1 VB409內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖VB40