電源基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)

1、電源基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)第1頁(yè)，共21頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期五Rev. X1September 22Page 21. 電池基礎(chǔ)知識(shí)2. 常用電源模塊3. 高通PM8029電源管理芯片介紹第2頁(yè)，共21頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期五Rev. X1September 22Page 31、電池基礎(chǔ)知識(shí)鋰離子電池 根據(jù)鋰離子電池所用電解質(zhì)材料不同，鋰離子電池可以分為液態(tài)鋰離子電池(lithium ion battery, 簡(jiǎn)稱(chēng)為L(zhǎng)IB)和聚合物鋰離子電池(polymer lithium ion battery, 簡(jiǎn)稱(chēng)為L(zhǎng)IP)兩大類(lèi)。聚合物鋰離子電池所用的正負(fù)極材料與液態(tài)

2、鋰離子都是相同的，電池的工作原理也基本一致。它們的主要區(qū)別在于電解質(zhì)的不同, 鋰離子電池使用的是液體電解質(zhì), 而聚合物鋰離子電池則以固體聚合物電解質(zhì)來(lái)代替。 相比液體鋰離子電池，聚合物鋰離子電池能量高，安全性能好， 而且可以做到很薄，但是價(jià)格比較貴。目前我們使用的大都還是液態(tài)鋰離子電池。第3頁(yè)，共21頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期五Rev. X1September 22Page 41、電池基礎(chǔ)知識(shí)鎳氫電池： 鎳氫電池是有氫離子和金屬鎳合成 ，單元電池額定電壓低。價(jià)格比較便宜，性能比鋰電池差，目前手機(jī)上一般都不是用鎳氫電池。第4頁(yè)，共21頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期

3、五Rev. X1September 22Page 51.電池基礎(chǔ)知識(shí)電池的組成： 我們所用的鋰離子電池是有電芯和保護(hù)板兩部分組成。電芯負(fù)責(zé)儲(chǔ)蓄電池的電量，保護(hù)板用來(lái)保護(hù)電池過(guò)充和過(guò)放。一般電芯的鋁殼為正極。 電池保護(hù)電路框圖第5頁(yè)，共21頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期五Rev. X1September 22Page 6 BUCK 型DC-DC 2、常用的電源模塊Step Down “Buck” Converter Step UP “Boost” Converter第6頁(yè)，共21頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期五Rev. X1September 22Page 72、常用

4、的電源模塊BUCK型DC-DC的工作原理：當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)候，電流 當(dāng)電感線(xiàn)圈未飽和前電流線(xiàn)性增加；電容C充電，電壓上正下負(fù)；當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)（圖b），電感線(xiàn)圈L中的磁場(chǎng)將改變線(xiàn)圈兩端的電壓極性，以保持電流 不變；此電容 C處于放電狀態(tài)，有利于維持 和 不變。第7頁(yè)，共21頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期五Rev. X1September 22Page 82、 常用電源模塊主要關(guān)系式：當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)波形如右圖所示，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電感電流線(xiàn)性上升，增量為：第8頁(yè)，共21頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期五Rev. X1September 22Page 92、 常用電源模塊 時(shí)間段內(nèi)流

5、過(guò)電感的電流增量為：穩(wěn)態(tài)時(shí)候兩個(gè)電流變化相等即：整理得： 由以上公式可以看出，輸出電壓隨占空比的變化而變化，以上公式是在電感電流連續(xù)的情況下得出的；電感電流不連續(xù)的情況推導(dǎo)公式類(lèi)似，在此不再分析。 第9頁(yè)，共21頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期五Rev. X1September 22Page 10 降壓型DC-DC功率電感的選擇要點(diǎn)：1）電感值2）直流阻抗3）飽和電流電感值一般采取DC-DC規(guī)格書(shū)推薦值，并非越大越好。直流阻抗一般越低越好；電感電流計(jì)算：電感的飽和電流要大于平均電流加上二分之一的紋波電流，具體公式如下：2、 常用電源模塊第10頁(yè)，共21頁(yè)，2022年，5月20日，6

6、點(diǎn)21分，星期五Rev. X1September 22Page 112、常用電源模塊Boost 型DC-DC Step UP “Boost” ConverterBoost變換器電路原理圖第11頁(yè)，共21頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期五Rev. X1September 22Page 122、常用電源模塊 當(dāng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)(圖a）,流過(guò)電感的電流 在電感線(xiàn)圈未飽和前線(xiàn)性增加，電能以磁能的形式存在電感線(xiàn)圈中。此時(shí)電容C放電，電阻R上的電壓上正下負(fù)； 當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)（圖b），由于線(xiàn)圈L中的磁場(chǎng)將改變L中的電壓極性以保持 不變；這樣線(xiàn)圈L中的磁能將轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷?和電壓 串聯(lián)高于 電壓向電容C和電阻

7、R供電。高于 時(shí)電容C充電，等于 時(shí)充電電流為零，低于時(shí)，電容C放電以保持 不變；由于 高于所以稱(chēng)之為升壓變換器。第12頁(yè)，共21頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期五Rev. X1September 22Page 132、常用的電源模塊電感電流連續(xù)波形圖 當(dāng)開(kāi)關(guān)S打開(kāi)時(shí)， 線(xiàn)性上升，其電流增量為 （D1為接通時(shí)間占空比）； 當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)， 線(xiàn)性下降，其增量為： （D2為斷開(kāi)時(shí)間占空比） 兩個(gè)穩(wěn)態(tài)時(shí)候電流的變化量相等： 化簡(jiǎn)得： 第13頁(yè)，共21頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期五Rev. X1September 22Page 142、常用電源模塊升壓型DC-DC功率電感的

8、選擇： 在升壓電路中電感的飽和電流要滿(mǎn)足最大電流的要求，最大的輸出電流為額定輸入電流與二分一紋波電流的和。第14頁(yè)，共21頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期五Rev. X1September 22Page 152、常用電源模塊LDO(低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器） 線(xiàn)性穩(wěn)壓器使用在其線(xiàn)性區(qū)域內(nèi)運(yùn)行的晶體管（放大區(qū)）或 FET（可變電阻區(qū)），從應(yīng)用的輸入電壓中減去超額的電壓，產(chǎn)生經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的輸出電壓。所謂壓降電壓，是指穩(wěn)壓器將輸出電壓維持在其額定值上下 100mV 之內(nèi)所需的輸入電壓與輸出電壓差額的最小值。第15頁(yè)，共21頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期五Rev. X1September

9、 22Page 162. 常用電源模塊 其工作過(guò)程為：取樣電壓加在比較器A的同相輸入端，與加在反相輸入端的基準(zhǔn)電壓Uref（通過(guò)穩(wěn)壓管實(shí)現(xiàn)）相比較，兩者的差值經(jīng)放大器A放大后，控制串聯(lián)調(diào)整管的壓降，從而穩(wěn)定輸出電壓。當(dāng)由于某種原因（如電網(wǎng)波動(dòng)或負(fù)載電阻的變化等）使輸出電壓Uout降低時(shí)，取樣電壓與基準(zhǔn)電壓的差值為負(fù)增加，拉低基極電位，比較放大器輸出的驅(qū)動(dòng)電流增加，串聯(lián)調(diào)整管壓降減小，從而使輸出電壓升高。相反，若輸出電壓Uout超過(guò)所需要的設(shè)定值，取樣電壓與基準(zhǔn)電壓的差值為正增加，基極電位升高，比較放大器輸出的前驅(qū)動(dòng)電流減小，從而使輸出電壓降低。供電過(guò)程中，輸出電壓校正連續(xù)進(jìn)行，調(diào)整時(shí)間只受比較

10、放大器和輸出晶體管回路反應(yīng)速度的限制。第16頁(yè)，共21頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期五Rev. X1September 22Page 172. 常用的電源模塊LDO的以下幾個(gè)參數(shù)在手機(jī)設(shè)計(jì)中特別重要： 輸出電壓(Output Voltage) 輸出電壓是低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器最重要的參數(shù)，也是電子設(shè)備設(shè)計(jì)者選用穩(wěn)壓器時(shí)首先應(yīng)考慮的參數(shù)。低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器有固定輸出電壓和可調(diào)輸出電壓兩種類(lèi)型。固定輸出電壓穩(wěn)壓器使用比較方便，而且由于輸出電壓是經(jīng)過(guò)廠(chǎng)家精密調(diào)整的，所以穩(wěn)壓器精度很高。最大輸出電流(Maximum Output Current) 用電設(shè)備的功率不同，要求穩(wěn)壓器輸出的最大電流也不

11、相同。通常，輸出電流越大的穩(wěn)壓器成本越高。為了降低成本，在多只穩(wěn)壓器組成的供電系統(tǒng)中，應(yīng)根據(jù)各部分所需的電流值選擇適當(dāng)?shù)姆€(wěn)壓器。輸入輸出電壓差(Dropout Voltage) 輸入輸出電壓差是低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器最重要的參數(shù)。在保證輸出電壓穩(wěn)定的條件下，該電壓壓差越低，線(xiàn)性穩(wěn)壓器的性能就越好。LDO的工作條件：Vin = Vdrop + Vout。輸入電壓滿(mǎn)足此條件，LDO才能正常工作。第17頁(yè)，共21頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期五Rev. X1September 22Page 182. 常用的電源模塊LDO的負(fù)載調(diào)整率(Load Regulation) 即LDO的穩(wěn)定性與瞬態(tài)響

12、應(yīng)，由于負(fù)載電流動(dòng)態(tài)變化大，要求LDO的穩(wěn)定性與瞬態(tài)響應(yīng)性能好，否則導(dǎo)致系統(tǒng)工作異常。PSRR參數(shù) PSRR，就是 Power Supply Rejection Ratio 的縮寫(xiě)，中文含意為“電源抑制比”。也就是說(shuō), PSRR 表示把輸入與電源視為兩個(gè)獨(dú)立的信號(hào)源時(shí)，所得到的兩個(gè)電壓增益的的比值?；居?jì)算公式為： PSRR 的單位為分貝(dB)，采用對(duì)數(shù)比值。 PSRR 越大，輸出信號(hào)受到電源的影響越小。LDO的輸出噪聲，這直接關(guān)系到輸出電源的干凈與否。第18頁(yè)，共21頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期五Rev. X1September 22Page 192. 常用的電源模塊Cha

13、rge pump （電荷泵） Charge Pump即為電荷泵，利用電容（陶瓷電容、電解電容）的充放電，以及電容兩端的電壓不能突變，和開(kāi)關(guān)的不同組合方式來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出不同電壓，下面舉兩個(gè)例子來(lái)說(shuō)明一下電荷泵的原理。倍壓電荷泵主要由OSC震蕩電路，以及儲(chǔ)能轉(zhuǎn)換電容組成。 第19頁(yè)，共21頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)21分，星期五Rev. X1September 22Page 203. 常用的電源模塊充電階段，OSC控制S2、S3關(guān)閉，S1、S4打開(kāi)，此時(shí)電容CF兩端的電壓被充至Vin；放電階段，S1、S4關(guān)閉，S2、S3打開(kāi)，電容CF和Vin串聯(lián)，把電壓提升到2Vin；負(fù)壓電荷泵 充電階段：S1、S3閉合， 電容C1充至Vin； 放電階段：S2、S4閉合， Vout= -Vin 第20頁(yè)，共21頁(yè)，202