手機(jī)常用電源基礎(chǔ)知識介紹0827

1、手機(jī)常用電源基礎(chǔ)知識介紹 王歲宏目 錄 手機(jī)常用電源的類型 LDOLDO基本原理LDO關(guān)鍵參數(shù)LDO應(yīng)用 DC-DCDC-DC基本原理DC-DC關(guān)鍵參數(shù)DC-DC應(yīng)用 ChargePump ChargePump基本原理 ChargePump關(guān)鍵參數(shù) ChargePump應(yīng)用 討論手機(jī)常用電源的類型手機(jī)常用電源的類型 LDOLDO基本原理LDO關(guān)鍵參數(shù)LDO應(yīng)用 DC-DCDC-DC基本原理DC-DC關(guān)鍵參數(shù)DC-DC應(yīng)用 ChargePump ChargePump基本原理 ChargePump關(guān)鍵參數(shù) ChargePump應(yīng)用 討論手機(jī)常用電源的類型按照電源向負(fù)載供電是否連續(xù)分為：線性型電源線

2、性型電源從電源向負(fù)載連續(xù)供電LDO開關(guān)型電源開關(guān)型電源從電源向負(fù)載以開關(guān)的形式供電按照輸出電壓和輸入電壓關(guān)系分 為：升壓、降壓、負(fù)降壓/升壓。按照輸入電源和輸出電源電流是否恒定分為：AC-DC、DC-DC。按照儲能原件的類型分為：電感型、電容型(ChargePump)。區(qū)別區(qū)別：線性電源的電壓反饋電路是工作在線性線性(放大)狀態(tài)，開關(guān)電源是指用于電壓調(diào)整的管子工作在飽和和截止區(qū)，即開關(guān)開關(guān)狀態(tài)的。三種常用電源的比較LDODC-DCChargePump分類線性穩(wěn)壓器的一種，特指低壓差的線性穩(wěn)壓器開關(guān)電源的一種，特指電感型的開關(guān)電源開關(guān)電源的一種，特指電容型的開關(guān)電源效率效率=Vout/VinIi

3、n=Iout效率高，跟外部用電感，肖特基二極管，芯片內(nèi)部開關(guān)損耗有關(guān)效率=Vout/（M*Vin）M為電荷泵工作模式Iin=M*Iout紋波小大中等EMI非常小比較大中等PCB面積很小比較大中等成本低高中等 手機(jī)常用電源的類型 LDOLDO基本原理LDO關(guān)鍵參數(shù)LDO應(yīng)用 DC-DCDC-DC基本原理DC-DC關(guān)鍵參數(shù)DC-DC應(yīng)用 ChargePump ChargePump基本原理 ChargePump關(guān)鍵參數(shù) ChargePump應(yīng)用 討論LDO基本原理簡單模型LDO：Low DropOut 低壓差LDO Regulator：低壓差線性穩(wěn)壓器 線性穩(wěn)壓器簡單模型：線性穩(wěn)壓器簡單模型： 基本

4、的線性穩(wěn)壓器可以模擬為兩個電阻器和一個用于 VIN的電源。變和不變：變和不變：期望輸出電壓VOUT恒定不變輸入電壓變化負(fù)載電流變化 這些變量的變化可能會全部同時發(fā)生，而用于將 VOUT 保持在一個恒定值所需的 RPASS 的數(shù)值也將必需相應(yīng)地改變。LDO基本原理實(shí)現(xiàn)方式線性穩(wěn)壓器的工作原理：采用一個壓控電流源以強(qiáng)制在穩(wěn)壓器輸出端上產(chǎn)生一個固定電壓，控制電路連續(xù)監(jiān)視(檢測)輸出電壓，并調(diào)節(jié)電流源(根據(jù)負(fù)載和輸入源的需求)以把輸出電壓保持在期望的數(shù)值。 主要包括四個部分：傳輸元件、誤差放大器、采樣電路、基準(zhǔn)電壓。實(shí)現(xiàn)方式：LDO基本原理內(nèi)部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)線性穩(wěn)壓器根據(jù)內(nèi)部傳輸元件RPASS的類型分為：N

5、PN達(dá)林頓管NPN準(zhǔn)LDOPNP LDON-FET LDOP-FET LDOLDO關(guān)鍵參數(shù)輸入電壓范圍輸出電壓輸出最大電流輸入輸出電壓差靜態(tài)電流關(guān)斷電流負(fù)載調(diào)整率線性調(diào)整率電源紋波抑制比使能電平耗散功率效率Pout/Pin=Vout/VinLDO應(yīng)用器件選型以Camera模擬電源為例：Camera Driver IC為OV88251.選定輸出電壓 Vout=2.8V2.選定輸出最大電流 Iout=300mA3.封裝 DFN1*14.控制信號 High大于1.3V Low小于0.5V5.其它自動放電、短路過流保護(hù)、Fold-back結(jié)構(gòu)、耗散功率、PSRR、靜態(tài)電流LDO應(yīng)用特殊問題在某些LDO

6、應(yīng)用中，對LDO某些參數(shù)有特殊的要求。高像素攝像頭模擬電源，要求PSRR在100k的時候40dB以上。避免輸出電壓和地短路導(dǎo)致燒壞芯片，需要短路過流保護(hù)短路過流保護(hù)功能。Short Circuit Protection When VOUT pin is short-circuit to GND, short circuit protection will be triggered and clamp the output current to approximately 60mA. This feature protects the regulator from overcurrent and

7、 damage due to overheating.LDO應(yīng)用特殊問題關(guān)閉電源后需要快速打開電源的，要求LDO具有快速放電快速放電功能。沒有快速放電功能有快速放電功能功能LDO應(yīng)用原理圖設(shè)計 手機(jī)常用電源的類型 LDOLDO基本原理LDO關(guān)鍵參數(shù)LDO應(yīng)用 DC-DCDC-DC基本原理DC-DC關(guān)鍵參數(shù)DC-DC應(yīng)用 ChargePump ChargePump基本原理 ChargePump關(guān)鍵參數(shù) ChargePump應(yīng)用 討論DC-DC基本原理DC-DC的工作原理：DC-DC是一種采用開關(guān)組件輸送功率的電源，核心元件為開關(guān)和電感核心元件為開關(guān)和電感。實(shí)現(xiàn)方式：DC-DC：Direct Cu

8、rrent-Direct Current 直流轉(zhuǎn)直流DC-DC Regulator：直流轉(zhuǎn)直流穩(wěn)壓器，這里特指電感型開關(guān)電源。Buck 降壓Boost 升壓 DC-DC基本原理內(nèi)部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)DC-DC根據(jù)輸入電壓和輸出電壓的關(guān)系，分為降壓、升壓、負(fù)降壓-升壓結(jié)構(gòu)。從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上看，它們的本質(zhì)區(qū)別在于儲能元件、輸入電源和開關(guān)的位置不一樣。DC-DC基本原理同步和非同步DC-DC關(guān)鍵參數(shù)輸入電壓范圍2.5-5.5V輸出電壓可編程輸出最大電流5A連續(xù)靜態(tài)電流60uA關(guān)斷電流0.1uA開關(guān)頻率2.4M負(fù)載調(diào)整率-0.1%/A線路調(diào)整率0.01%/V電源紋波抑制比Firgure 22使能電平H1.1V L0

9、.4V封裝20WLCSP 1.6*2mm耗散功率熱阻和結(jié)溫效率Firgure 7- Firgure 12DC-DC關(guān)鍵參數(shù)效率和損耗損耗：任何從輸入吸收而未傳送至輸出的能量。輸入功率=輸出功率+損耗效率效率：輸出功率和輸入功率之比，表示能量轉(zhuǎn)換的程度。效率=輸出功率/輸入功率=輸出功率/(輸出功率+損耗)損耗為何產(chǎn)生？理想元件和實(shí)現(xiàn)方法的差異理想元件和實(shí)現(xiàn)方法的差異。損耗的組成部分： MOSFET：開關(guān)損耗（開關(guān)頻率開關(guān)頻率）、柵極驅(qū)動器損耗、傳導(dǎo)損耗（開關(guān)導(dǎo)通電阻開關(guān)導(dǎo)通電阻）。 無源組件：電感上的線圈（Rdc）和磁芯損耗、阻性損耗、電容器ESR 損耗。 轉(zhuǎn)換器IC：內(nèi)部基準(zhǔn)、振蕩器電路、柵

10、極驅(qū)動電路損耗。DC-DC應(yīng)用器件選型以Qualcomm 8939平臺APC電源為例：1.選定輸出電壓Vout=1.05Vtyp 變化2.選定輸出最大電流Iout=5mA3.封裝 20WLCSP4.控制信號I2C接口 3.4M 5.其它短路過流保護(hù)、開關(guān)頻率、靜態(tài)電流、關(guān)斷電流耗散功率、PSRR、軟啟動時間DC-DC應(yīng)用原理圖設(shè)計 手機(jī)常用電源的類型 LDOLDO基本原理LDO關(guān)鍵參數(shù)LDO應(yīng)用 DC-DCDC-DC基本原理DC-DC關(guān)鍵參數(shù)DC-DC應(yīng)用 ChargePump ChargePump基本原理 ChargePump關(guān)鍵參數(shù) ChargePump應(yīng)用 討論ChargePump基本原

11、理ChargePump:電荷泵ChargePump的工作原理：的工作原理：ChargePump從本質(zhì)上講也是一種開關(guān)電源，跟DC-DC相比，它的儲能元件是電容。主要分為：整數(shù)倍整數(shù)倍增益電荷泵2X分?jǐn)?shù)倍分?jǐn)?shù)倍增益電荷泵1.5X電壓調(diào)整電壓調(diào)整電荷泵電流調(diào)整電流調(diào)整電荷泵ChargePump基本原理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1CONTROL/ CLOCKC+C-VOUTGNDVINSHDNS1S2S3S4CoutCinCflyS1S2S3S4CFLY1CFLY2CINCOUTCONTROL /OSCILLATORVINVOUTENABLEVout = 2*VinVout = Vin + Vin/2 = 1.5*V

12、inChargePump基本原理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2電壓調(diào)整型，輸出固定電壓電流調(diào)整型，輸出規(guī)定電流。常見有電流阱調(diào)整和通過Feadback電壓調(diào)整兩種。電流阱調(diào)整的電荷泵在手機(jī)上應(yīng)用有并聯(lián)背光驅(qū)動； Feadback電壓調(diào)整的電荷泵在手機(jī)上應(yīng)用的有閃光燈驅(qū)動。ChargePump關(guān)鍵參數(shù)輸入電壓范圍2.7-5.5V輸出電壓可調(diào)輸出最大電流850mA靜態(tài)電流60uA關(guān)斷電流0.1uA開關(guān)頻率1.8M負(fù)載調(diào)整率-0.1%/A線路調(diào)整率0.01%/V電源紋波抑制比Firgure 22使能電平H1.1V L0.4V封裝DFN 10Pin耗散功率熱阻和結(jié)溫效率Firgure 7- Firgure 12Charg

13、ePump關(guān)鍵參數(shù)效率理論上，效率計算公式如下： =Pout/Pin=Vout*Iout/(Vin*Iin)=Vout/(Vin*M)M為電荷泵的工作模式, Iin=M*Iout當(dāng)Vout=4V，Vin=3.6V，電荷泵工作在2X模式， = 4 / (2*3.6)=55.56%當(dāng)Vout=4V，Vin=3.6V，電荷泵工作在1.5X模式， = 4 / (1.5*3.6)=74.1%從上面計算結(jié)果來看，電荷泵工作模式對效率的影響特別大，從閃光燈驅(qū)動實(shí)際應(yīng)用來看，在Vbat輸入比較高的情況下，電荷泵工作在1X模式，效率很高；在Vbat輸入比較低的情況下，效率非常低。ChargePump應(yīng)用器件選型以閃光燈驅(qū)動為例：1.選定最大輸出電流Iout=850mA2.封裝 DFN3*33.控制信號 High大于1.3V Low小于0.5V4.其它閃光模式和手電筒模式選擇、閃光電流可調(diào)、手電筒電流可調(diào)、靜態(tài)電流、過時保護(hù)、