手機常用電源基礎知識介紹0827

手機常用電源基礎知識介紹

——王歲宏目錄□手機常用電源的類型□LDO LDO基本原理 LDO關鍵參數(shù) LDO應用

□DC-DC DC-DC基本原理 DC-DC關鍵參數(shù) DC-DC應用

□ChargePump ChargePump基本原理 ChargePump關鍵參數(shù) ChargePump應用

□討論■手機常用電源的類型□LDO LDO基本原理 LDO關鍵參數(shù) LDO應用

□DC-DC DC-DC基本原理 DC-DC關鍵參數(shù) DC-DC應用

□ChargePump ChargePump基本原理 ChargePump關鍵參數(shù) ChargePump應用

□討論手機常用電源的類型按照電源向負載供電是否連續(xù)分為：線性型電源

從電源向負載連續(xù)供電

LDO開關型電源

從電源向負載以開關的形式供電

按照輸出電壓和輸入電壓關系分為：升壓、降壓、負降壓/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：線性電源的電壓反饋電路是工作在線性(放大)狀態(tài)，開關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)壓器開關電源的一種，特指電感型的開關電源開關電源的一種，特指電容型的開關電源效率效率=Vout/VinIin=Iout效率高，跟外部用電感，肖特基二極管，芯片內(nèi)部開關損耗有關效率=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□手機常用電源的類型■

LDO LDO基本原理 LDO關鍵參數(shù) LDO應用

□DC-DC DC-DC基本原理 DC-DC關鍵參數(shù) DC-DC應用

□ChargePump ChargePump基本原理 ChargePump關鍵參數(shù) ChargePump應用

□討論LDO基本原理——簡單模型LDO：Low

DropOut低壓差LDORegulator：低壓差線性穩(wěn)壓器線性穩(wěn)壓器簡單模型：基本的線性穩(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：期望輸出電壓VOUT恒定不變輸入電壓變化負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)值也將必需相應地改變。LDO基本原理——實現(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、基準電壓。實現(xiàn)方式：LDO基本原理——內(nèi)部拓撲結(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：NPN達林頓管NPN準LDOPNPLDON-FETLDOP-FETLDOLDO關鍵參數(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)電流關斷電流負載調(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應用——器件選型以Camera模擬電源為例：CameraDriverIC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1.3VLow@小于0.5V5.其它自動放電、短路過流保護、Fold-back結(jié)構(gòu)、耗散功率、PSRR、靜態(tài)電流LDO應用——特殊問題在某些LDO應用中，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致燒壞芯片，需要短路過流保護功能。ShortCircuitProtectionWhenVOUTpinisshort-circuittoGND,shortcircuitprotectionwillbetriggeredandclamptheoutputcurrenttoapproximately60mA.Thisfeatureprotectstheregulatorfromovercurrentanddamageduetooverheating.LDO應用——特殊問題關閉電源后需要快速打開電源的，要求LDO具有快速放電功能。沒有快速放電功能有快速放電功能功能LDO應用——原理圖設計□手機常用電源的類型□LDO LDO基本原理 LDO關鍵參數(shù) LDO應用

■DC-DC DC-DC基本原理 DC-DC關鍵參數(shù) DC-DC應用

□ChargePump ChargePump基本原理 ChargePump關鍵參數(shù) ChargePump應用

□討論DC-DC基本原理DC-DC的工作原理：DC-DC是一種采用開關組件輸送功率的電源，核心元件為開關和電感。實現(xiàn)方式：DC-DC：DirectCurrent-DirectCurrent

直流轉(zhuǎn)直流DC-DCRegulator：直流轉(zhuǎn)直流穩(wěn)壓器，這里特指電感型開關電源。Buck降壓Boost升壓DC-DC基本原理——內(nèi)部拓撲結(jié)構(gòu)DC-DC根據(jù)輸入電壓和輸出電壓的關系，分為降壓、升壓、負降壓-升壓結(jié)構(gòu)。從拓撲結(jié)構(gòu)上看，它們的本質(zhì)區(qū)別在于儲能元件、輸入電源和開關的位置不一樣。DC-DC基本原理——同步和非同步DC-DC關鍵參數(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關斷電流 0.1uA開關頻率 2.4M負載調(diào)整率 -0.1%/A 線路調(diào)整率 0.01%/V電源紋波抑制比 Firgure22使能電平 H@1.1VL@0.4V封裝 20WLCSP1.6*2mm耗散功率

熱阻和結(jié)溫效率

Firgure7-Firgure12DC-DC關鍵參數(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：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？理想元件和實現(xiàn)方法的差異。損耗的組成部分：MOSFET：開關損耗（開關頻率）、柵極驅(qū)動器損耗、傳導損耗（開關導通電阻）。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、振蕩器電路、柵極驅(qū)動電路損耗。DC-DC應用——器件選型以Qualcomm8939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、開關頻率、靜態(tài)電流、關斷電流耗散功率、PSRR、軟啟動時間DC-DC應用——原理圖設計□手機常用電源的類型□

LDO LDO基本原理 LDO關鍵參數(shù) LDO應用

□DC-DC DC-DC基本原理 DC-DC關鍵參數(shù) DC-DC應用

■ChargePump ChargePump基本原理 ChargePump關鍵參數(shù) ChargePump應用

□討論ChargePump基本原理ChargePump:電荷泵ChargePump的工作原理：ChargePump從本質(zhì)上講也是一種開關電源，跟DC-DC相比，它的儲能元件是電容。主要分為：整數(shù)倍增益電荷泵 2X分數(shù)倍增益電荷泵 1.5X電壓調(diào)整電荷泵電流調(diào)整電荷泵ChargePump基本原理——拓撲結(jié)構(gòu)1Vout=2*VinVout=Vin+Vin/2=1.5*VinChargePump基本原理——拓撲結(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)整的電荷泵在手機上應用有并聯(lián)背光驅(qū)動；Feadback電壓調(diào)整的電荷泵在手機上應用的有閃光燈驅(qū)動。ChargePump關鍵參數(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關斷電流 0.1uA開關頻率 1.8M負載調(diào)整率 -0.1%/A 線路調(diào)整率 0.01%/V電源紋波抑制比 Firgure22使能電平 H@1.1VL@0.4V封裝 DFN10Pin耗散功率

熱阻和結(jié)溫效率

Firgure7-Firgure12 ChargePump關鍵參數(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Vout=4V，Vin=3.6V，電荷泵工作在2X模式，=4/(2*3.6)=55.56%當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)動實際應用來看，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1.3VLow@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、過壓保護ChargePump應用