Power management chinese

1，开关电源锂电充电管理音频功放功率转换概述线性稳压器、开关稳压器和电荷泵3＝Vin×IinPout＝Vo×Io这里越来越热了！转换过程产生热量Ploss＝Pin－Po,这部分损耗对系统的正常工作没有任何贡献，唯一的作用就是缩短待机时间=Pout/Pin称为效率功率转换–基础知识输入电压Vin对手持设备来说就是电池供电电压锂电：3～4.2V输出电压：2.85V,2.8V,2.5V1.8V,1.5V并有继续下降的趋势4三个工作区截止工作区Ι•栅源电压Vgs低于开通阈值时MOSFET处于截止状态，电流为零，不产生功耗线性工作区Ⅱ•Vgs高于开启电压时，随着Vgs电压升高，导通电阻也在减小。导通电阻受栅源电压控制，因此漏源电压Vds＝Id*Rdson也受栅源电压控制饱和工作区Ⅲ•Vgs增大到某个值以上，导通电阻达到最小值，再增加Vgs,导通电阻不会发生变化ⅡⅢ导通电阻Rdson与栅源电压Vgs关系Ⅰ5功率转换存在两种选择线性方式：效率低噪声小小或低电流时可以接受只能降压功率器件工作在线性工作区•电压和电流同时具有较大值，功耗较大•调整速度快，可以获得极快的动态响应时间开关方式：效率高要求一个储能元件–电感或电容存在噪声和EMI问题输入输出压差大时是理想的选择可对输入电平升压/降压/反向功率器件工作在开关状态•截止时电流为零，没有损耗，导通时由于导通电阻很小，因此电压几乎为零，也不会产生损耗Q1VrefCin1uF+-Cout1uFVoutVinEnableQ1L1D1C1C2R1VoutCoutCflyVbatVbatCONTROL线性降压LDO开关降压Buck电荷泵ChargePump6VoR1RLVbat线性稳压器的作用相当于一个可控制的可变电阻，通过改变与负载之间的电阻比例来调整输出电压，使输出电压保持稳定R1相当于MOSFET的导通电阻Rdson，可以由栅源驱动电压来控制，对三极管来说是控制基极电流输入和输出电容用于改善稳定性和瞬态响应性能Q1VrefCin1uF+-Cout1uFVoutVinEnable7功率元件工作在线性区：1。功率器件两端电压和流过的电流同时存在，功耗较大2。动态响应速度快线性稳压器特性lowupRR1VVrefo输出电压调整元件相当于可变电阻可以为三极管或MOSFET较大时效率很低输入输出之间压差最大效率VinVomax反馈电路控制功率元件中的偏置电压或偏置电流来控制调整管两端的电压来保证输出电压恒定)V(VIPPinPoIIoinolossinoIin＝Io8(VIN-VO)2V}IBREFGAIN}Min(VIN-VO)0.5VVINVOUT一般的线性稳压器主要区别是最小压差，为了保持输出电压稳定输入和输出电压之间必须有一定的压差来保证调整器件正常的工作低压差稳压器的最小压差较小，一般小于0.5V,用于手持设备的典型值为150mV9开关稳压（电感型）Q1L1D1C1C2R1C3C4R2Q2L2D2降压升压采用的元件类似，放置方法不同10输出总是小于或等于输入输入电流不连续（斩波）输出电流平滑11)(10TSTONTOFFD'=1-D=TONTOFFTOFFTOFFTS=DutyCycle=DutyRatio=D=TONTSTONTONTOFF=占空比VinoffononinotttVV平均值Vo12•对输入脉冲电压进行平均滤波•电感是平均元件•电容提供附加滤波和瞬态响应对脉冲串进行滤波Input输入Output输出Voltage电压Voltage电压13(t)锯齿波误差比较器输出开关控制信号14“典型的”开关模式架构电压模式PWMVrefVoutVfbVramp线性输出的误差信号K1*(Vref-K2*Vout)TT可变占空比，固定频率(又叫“PWM”)开关驱动信号反馈电压Vfb从Vout分压器引出线性误差放大器输出与(Vref–Vfb)成正比固定频率锯齿波与误差信号比较比较器输出是固定频率、可变脉冲宽度信号，用于驱动功率开关15:GatetoDrain,or“Miller”capacitanceCDS:DraintoSource,or“Coss”capacitanceRGi:InternalSeriesGateResistanceVT:GateThresholdVoltageLS:SourceInductanceLD:DraininductanceRDS(on):DraintoSourceResistanceDSGRG,ICGDCGSCDSLDLS16＋－＋－17(linearregion)VDRVDSGRHIRGATERG,ICGDCGSCDSLDLSIGIDIdsVdsIgVgsVthTurn-OnCharacteristics:Step2OUCH!Note:TheSwitchvoltagecannotchangeuntiltheoutputdiodeisturnedoff＋－＋－18:Step3OUCHAGAIN!＋－19=Id**2*RdsonVDRVDSGRHIRGATERG,ICGDCGSCDSLDLSIGIDIdsVdsIgVgsVthTurn-OnCharacteristics:Step4＋－20损耗由4部分组成：2222111*******222GSGSGDDGDSDlossDDSOSNCUfCUfCUfPIR开关损耗，与开关频率成正比导通损耗，与MOSFET导通电阻和负载电流有关，负载已知时为固定值重载时，导通损耗所占比重较大，效率主要由导通损耗决定轻载时，导通损耗很小，开关损耗所占比重较大，效率主要由开关损耗决定，因为手机大部分时间都处在待机状态负载较轻，因此轻载时的转换效率对系统待机时间影响很大。如何提高轻载时的转换效率是电源管理非常重要的内容21(脉冲宽度调制）中，开关频率恒定。占空比取决于脉冲宽度(ton)。NCP1508/09/10/11/20，NCP1402在PFM(脉冲频率调制）中，脉冲宽度(ton)恒定。toff随着负载和输入电压变化而改变。所以，开关周期不恒定。它是ton和toff的和。轻载时可以降低开关频率，提高转换效率NCP1403/NCP1406/NCP5006/NCP5007脉冲方式Pulse，PFM模式结合突波模式。即在轻负载下，一些开关周期被忽略，来进一步减小开关次数。NCP1508/09/10/11/20各种脉冲控制方法Switch开关Vripple纹波PFM模式22(t)Fixed&WellKnownRippleFrequencyNoiseEasytocontrolHighQuiescentCurrent(oscillator)23(t)FPulseVerrorISenseV2Fixed&WellKnownRippleFrequencyNoiseEasytocontrolHighQuiescentCurrent(oscillator)BitEasierToStabilize24开或关定时开通时间固定，关断时间由误差比较器决定，如NCP1410，NCP1421或关断时间固定，开通时间由比较器决定如NCP5006，NCP500725，Pulse用在哪里?为什么?PWM一般应用–占空比范围大频率敏感系统，如电信/无线–开关频率固定。不会干扰系统信号。PWM信号也可以和主系统时钟同步PFM，Pulse便携式设备–在低占空比/低频时可以降低静态电流和开关损耗。27与LDO效率比较0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%0.010.1110Iout(mA)1.57VPWM1.8VPWM1.57VLDO1.8VLDONCP1510:PWMvsPulseEfficiencyPWM与脉冲效率比较0.00%10.00%20.00%30.00%40.00%50.00%60.00%70.00%80.00%90.00%100.00%0.010.11101001000Iout(mA)1.57VPulse1.8VPulse1.57VPWM1.8VPWMPULSE模式是转换效率最高的控制方式，轻载时比LDO效率还要高输出电压纹波也响应的会增大32ΔILΔICISIDILICVoutΔVoutILMOY=IOFVo=D×VINΔIL=ΔIC=DVIN－VoFLΔVOUT=D(VIN–VOUT)8F2LC+RCDVINFLV1功率器件工作在开关状态，器件两端的电压和其中的电流不会同时存在，器件功耗小，因此效率高％效率100IinIoPinPo36(R)VinVout1Vout=VinD'把输入升压到一个更高的