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直流电源芯片
阅读:765时间:2019-08-31 11:06:38

    直流电源芯片是电子产品中所必须使用的元器件,如在使用市电的设备中,必须使用开关DC电源或线性电源,则需要使用开关电源芯片或稳压芯片:如在使用电池供电的设备中,必须使用电池管理芯片和电压管理芯片。

技术现状

    所有电子设备都有电源,但是不同的系统对电源的要求不同,为了发挥电子系统的最佳性能,需要选择适合的电源管理方式。为了提高电路的密度,芯片的特征尺寸始终朝着减小的趋势发展,从最初的几十微米发展到目前的0.5nm、0.35nm、0.25nm、0.18nm乃至90nm。由于在相同的电压下,电场强度随距离的减小而线性增加,如果电源电压还是原来的5V,则产生的电场强度足以把芯片击穿。所以,芯片工作电压已经从以前的5V降低到3.3V、2.5V、1.8V,甚至更低。这样,电子系统对电源电压的要求就发生了变化,也就是需要不同的降压型电源。为了在降压的同时保持高效率,一般会采用降压型开关电源。同时,许多电子系统还需要高于供电电压的电源,比如电池供电设备、驱动液晶显示的背光电源、普通的白光LED驱动等,都需要对系统电源进行升压,这就需要用到升压型开关电源。此外,现代电子系统正在向高速、高增益、高可靠性方向发展,电源上的微小干扰都对电子设备的性能有影响,这就需要在噪声、纹波等方面有优势的电源;对系统电源进行稳压、滤波等处理,就需要用到线性电源。上述不同的电源管理方式通过相应的电源芯片,结合极少的外围元器件,就能够实现。可见,使用电源管理芯片是提高整机性能的必不可少的手段。

性能参数

    (1)电压输入范围,即电源芯片可承受的输入电压的范围。如果是电池供电或者稳定的直流电源供电,那么这个参数不用过多考虑。如果输入电压范围有一定的变化,那么就要慎重了,尽量选电压输入范围宽的芯片。
    (2)最大可输出电流,即一款电源芯片可持续输出的最大电流。首先要根据原理图估算出该电子设备的耗电量,然后根据耗电量去选择电源芯片。而且电流的使用尽量不要接近它的最大值,一般用到70%~80%就差不多了。例如,MCPl790这款电源芯片最大输出70mA电流,但是实际应用时最多用到50mA。
    (3)负载调整率,即电源负载的变化引起电源输出的变化。例如,一个5V电源外接50mA的负载,输出电压稳定在5V左右,但是当负载电流突然增大到100mA的时候,它的电压会有一定的跌落,可能会降到4.7V或者4.8V。当设计输出稳定电流的电路时,该参数无须过多考虑;但是当电路中有较大电流变化时,就要认真对待这个参数了。
    (4)电源噪声。这里说的噪声不是耳朵听到的噪声,而是指电源芯片的输出不恒定,会有一定的纹波。这些纹波有的是有规律的,有的是无规律的。一般来说,LDO的纹波会比DC-DC的纹波小。当进行一些简单的开关控制时,可以接受噪声大的电源;当进行一些语音、通信或其他精密方面的设计时,尽量选择噪声小的电源。

主要类型

    如果所设计的电路要求电源有高的噪声和纹波抑制,要求占用PCB的面积小,电路电源不允许使用电感器,电源需要具有瞬时校准和输出状态自检功能,要求稳压器压降及自身功耗低,线路成本低且方案简单,那么线性电源是最恰当的选择。这种电源包括如下的技术:精密的电压基准,高性能、低噪声的运算放大器,低压降调整管,低静态电流。在小功率供电、运算放大器负电源、LCD/LED驱动等场合,常应用基于电容的开关电源芯片,也就是通常所说的电荷泵(Charge Pump)。基于电荷泵工作原理的芯片产品很多,如AAT3113,这是一种由低噪声、恒定频率的电荷泵DC/DC转换器构成的白光LED驱动芯片,其采用分数倍(1.5×)转换以提高效率。该器件采用并联方式驱动4路LED,输入电压范围为2.7~5.5V,可为每路输出提供约20mA的电流。该器件还具备热管理系统特性,以保护任何输出引脚所出现的短路,其嵌入的软启动电路可防止启动时的电流过冲。AAT3113利用简单串行控制接口对芯片进行使能、关断和32级对数刻度亮度控制。基于电感的DC/DC芯片的应用范围最广泛,应用包括便携式计算机、照相机、备用电池、便携式仪器、微型电话、电动机速度控制、显示偏置和颜色调整器等。主要的技术包括:BOOST结构电流模式环路稳定性分析,BUCK结构电压模式环路稳定性分析,BUCK结构电流模式环路稳定性分析,过电流、过热、过电压和软启动保护功能,同步整流技术分析,基准电压技术分析。

应用

    除了基本的电源变换芯片,电源管理芯片还包括以合理利用电源为目的的电源控制类芯片,如NiH电池智能快速充电芯片,锂离子电池充电、放电管理芯片,锂离子电池过电压、过电流、过热、短路保护芯片;在线路供电和备用电池之间进行切换管理的芯片,USB电源管理芯片;电荷泵,多路LDO供电,加电时序控制,多种保护,电池充放电管理的复杂电源芯片等。目前的很多产品都在朝这个方向发展,因为这类产品的应用更加广泛,特别是在消费类电子方面,如便携式DVD、手机、数码照相机等,几乎用一、二块电源管理芯片就能够提供复杂的多路电源,使系统的性能发挥到最佳。

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