手机常用电源基础知识介绍0827
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
□ 讨论
LDO基本原理——简单模型
LDO：Low DropOut 低压差 LDO Regulator：低压差线性稳压器
线性稳压器简单模型： 基本的线性稳压器可以模拟为两
个电阻器和一个用于 VIN的电源。 变和不变： 期望输出电压VOUT恒定不变 输入电压变化 负载电流变化
这些变量的变化可能会全部同时 发生，而用于将 VOUT 保持在一 个恒定值所需的 RPASS 的数值也 将必需相应地改变。
三种常用电源的比较
分类
LDO
DC-DC
线性稳压器的一种，特指低 开关电源的一种，特指电感
压差的线性稳压器
型的开关电源
效率
纹波 EMI
效率=Vout/Vin Iin=Iout
小 非常小
效率高，跟外部用电感，肖 特基二极管，芯片内部开关 损耗有关
大
比较大
PCB面积 很小
比较大
成本
低
高
ChargePump
DC-DC基本原理——内部拓扑结构
DC-DC根据输入电压和输出 电压的关系，分为降压、升压 、负降压-升压结构。从拓扑 结构上看，它们的本质区别在 于储能元件、输入电源和开关 的位置不一样。
DC-DC基本原理——同步和非同步
DC-DC关键参数
输入电压范围 输出电压 输出最大电流 静态电流 关断电流 开关频率 负载调整率 线路调整率 电源纹波抑制比 使能电平 封装 耗散功率 效率
耗散功率、PSRR、静态电流
LDO应用——特殊问题
在某些LDO应用中，对LDO某些参数有特殊的要求。
高像素摄像头模拟电源，要求 PSRR在100k的时候40dB以上。
避免输出电压和地短路导致烧坏芯片， 需要短路过流保护功能。
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 damage due to overheating.
在闪光灯应用过程中，为了防止系统死机，软件没有办法关掉 闪光灯，需要闪光灯驱动芯片自动关掉闪光灯输出电压。
ChargePump应用——原理图设计
□手机常用电源的类型 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ LDO
LDO基本原理 LDO关键参数 LDO应用 □ DC-DC DC-DC基本原理 DC-DC关键参数 DC-DC应用 □ ChargePump ChargePump基本原理 ChargePump关键参数 ChargePump应用
2.5-5.5V 可编程 5A连续 60uA 0.1uA 2.4M -0.1%/A 0.01%/V Firgure 22 H@1.1V L@0.4V 20WLCSP 1.6*2mm 热阻和结温
Firgure 7- Firgure 12
DC-DC关键参数——效率和损耗
损耗：任何从输入吸收而未传送至输出的能量。 输入功率=输出功率+损耗
ChargePump基本原理——拓扑结构2
电压调整型，输出固定电压
电流调整型，输出规定电流。常见有电流阱调整和 通过Feadback电压调整两种。电流阱调整的电荷 泵在手机上应用有并联背光驱动； Feadback电压 调整的电荷泵在手机上应用的有闪光灯驱动。
ChargePump关键参数
输入电压范围 输出电压 输出最大电流 静态电流 关断电流 开关频率 负载调整率 线路调整率 电源纹波抑制比 使能电平 封装 耗散功率 效率
当Vout=4V，Vin=3.6V，电荷泵工作在2X模式， = 4 / (2*3.6)=55.56% 当Vout=4V，Vin=3.6V，电荷泵工作在1.5X模式， = 4 / (1.5*3.6)=74.1%
从上面计算结果来看，电荷泵工作模式对效率的影响特别大，从 闪光灯驱动实际应用来看，在Vbat输入比较高的情况下，电荷泵 工作在1X模式，效率很高；在Vbat输入比较低的情况下，效率非 常低。
手机常用电源基础知识介绍 ——王岁宏
目录
□ 手机常用电源的类型
□ LDO LDO基本原理 LDO关键参数 LDO应用
□ DC-DC DC-DC基本原理 DC-DC关键参数 DC-DC应用
□ ChargePump ChargePump基本原理 ChargePump关键参数 ChargePump应用
□ 讨论
LDO应用——特殊问题
关闭电源后需要快速打开电源的，要求LDO具有快速放电功能。
没有快速放电功能
有快速放电功能功能
LDO应用——原理图设计
□ 手机常用电源的类型
□ LDO LDO基本原理 LDO关键参数 LDO应用
■ DC-DC DC-DC基本原理 DC-DC关键参数 DC-DC应用
□ ChargePump ChargePump基本原理 ChargePump关键参数 ChargePump应用
□ 讨论
ChargePump基本原理
ChargePump:电荷泵
ChargePump的工作原理： ChargePump从本质上讲也是一种 开关电源，跟DC-DC相比，它的 储能元件是电容。
主要分为： 整数倍增益电荷泵 分数倍增益电荷泵 电压调整电荷泵 电流调整电荷泵
2X 1.5X
ChargePump基本原理——拓扑结构1
从电源向负载连续供电
LDO 开关型电源
从电源向负载以开关的形式供电 按照输出电压和输入电压关系分 为：升压、降压、负降压/升压。 按照输入电源和输出电源电流是 否恒定分为：AC-DC、DC-DC。 按照储能原件的类型分为：电感 型、电容型(ChargePump)。 区别：线性电源的电压反馈电路是工作 在线性(放大)状态，开关电源是指用于电 压调整的管子工作在饱和和截止区，即 开关状态的。
ChargePump应用——器件选型
以闪光灯驱动为例：
1.选定最大输出电流
Iout=850mA
2.封装
DFN3*3
3.控制信号
High@大于1.3V Low@小于0.5V
4.其它
闪光模式和手电筒模式选择、闪光电流可调、手电筒
电流可调、静态电流、过时保护、过压保护
ChargePump应用——特殊问题
线性稳压器根据内部传输 元件RPASS的类型分为：
NPN达林顿管 NPN准LDO PNP LDO N-FET LDO P-FET LDO
LDO关键参数
输入电压范围 输出电压 输出最大电流 输入输出电压差 静态电流 关断电流 负载调整率 线性调整率 电源纹波抑制比 使能电平 耗散功率 效率 Pout/Pin=Vout/Vin
开关电源的一种，特指电容 型的开关电源
效率=Vout/（M*Vin） M为电荷泵工作模式 Iin=M*Iout
中等 中等
中等
中等
□ 手机常用电源的类型
■ LDO LDO基本原理 LDO关键参数 LDO应用
□ DC-DC DC-DC基本原理 DC-DC关键参数 DC-DC应用
□ ChargePump ChargePump基本原理 ChargePump关键参数 ChargePump应用
耗散功率、PSRR、软启动时间
DC-DC应用——原理图设计
□ 手机常用电源的类型
□ LDO LDO基本原理 LDO关键参数 LDO应用
□ DC-DC DC-DC基本原理 DC-DC关键参数 DC-DC应用
■ ChargePump ChargePump基本原理 ChargePump关键参数 ChargePump应用
LDO应用——器件选型
以Camera模拟电源为例：
Camera Driver IC为OV8825
1.选定输出电压 Vout=2.8V
2.选定输出最大电流 Iout=300mA
3.封装
DFN1*1
4.控制信号
High@大于1.3V Low@小于0.5V
5.其它
自动放电、短路过流保护、Fold-back结构、
LDO基本原理——实现方式
线性稳压器的工作原理：
采用一个压控电流源以强制在稳压器 输出端上产生一个固定电压，控制电 路连续监视(检测)输出电压，并调节 电流源(根据负载和输入源的需求)以 把输出电压保持在期望的数值。
主要包括四个部分：传输元件、误差 放大器、采样电路、基准电压。
实现方式：
LDO基本原理——内部拓扑结构
效率：输出功率和输入功率之比，表示能量转换的程度。 效率=输出功率/输入功率=输出功率/(输出功率+损耗)
损耗为何产生？理想元件和实现方法的差异。 损耗的组成部分：
MOSFET：开关损耗（开关频率）、栅极驱动器损耗、传 导损耗（开关导通电阻）。
无源组件：电感上的线圈（Rdc）和磁芯损耗、阻性损耗、 电容器ESR 损耗。
■手机常用电源的类型
□ LDO LDO基本原理 LDO关键参数 LDO应用
□ DC-DC DC-DC基本原理 DC-DC关键参数 DC-DC应用
□ ChargePump ChargePump基本原理 ChargePump关键参数 ChargePump应用
□ 讨论
手机常用电源的类型
按照电源向负载供电是否连续分为： 线性型电源
2.7-5.5V 可调
850mA 60uA 0.1uA 1.8M -0.1%/A 0.01%/V Firgure 22 H@1.1V L@0.4V DFN 10Pin 热阻和结温
Firgure 7- Firgure 12
ChargePump关键参数——效率
理论上，效率计算公式如下： =Pout/Pin=Vout*Iout/(Vin*Iin)=Vout/(Vin*M) M为电荷泵的工作模式, Iin=M*Iout
VIN
Cin
SHDN
CONTROL / CLOCK
S1
S3
S2
S4
GND
C+
Cfly
CVOUT
Cout
Vout = 2*Vin
ENABLE
VIN
CIN
VOUT
COUT
CONTROL / OSCILLATOR
S1 CFLY1
S2
S3 CFLY2
S4
Vout = Vin + Vin/2 = 1.5*Vin
□ 讨论
DC-DC基本原理
DC-DC：Direct Current-Direct Current 直流转直流
DC-DC Regulator：直流转直流稳压器，这里特指电感型开关电源。
Buck 降压
Boost 升压
实现方式：
DC-DC的工作原理：
DC-DC是一种采用开关组件输送功率 的电源，核心元件为开关和电感。
■ 讨论
转换器IC：内部基准、振荡器电路、栅极驱动电路损耗。
DC-DC应用——器件选型
以Qualcomm 8939平台APC电源为例：
1.选定输出电压 Vout=1.05Vtyp 变化
2.选定输出最大电流 Iout=5mA
3.封装
20WLCSP
4.控制信号
I2C接口 3.4M
5.其它
短路过流保护、开关频率、静态电流、关断电流
LDO基本原理——简单模型
LDO：Low DropOut 低压差 LDO Regulator：低压差线性稳压器
线性稳压器简单模型： 基本的线性稳压器可以模拟为两
个电阻器和一个用于 VIN的电源。 变和不变： 期望输出电压VOUT恒定不变 输入电压变化 负载电流变化
这些变量的变化可能会全部同时 发生，而用于将 VOUT 保持在一 个恒定值所需的 RPASS 的数值也 将必需相应地改变。
三种常用电源的比较
分类
LDO
DC-DC
线性稳压器的一种，特指低 开关电源的一种，特指电感
压差的线性稳压器
型的开关电源
效率
纹波 EMI
效率=Vout/Vin Iin=Iout
小 非常小
效率高，跟外部用电感，肖 特基二极管，芯片内部开关 损耗有关
大
比较大
PCB面积 很小
比较大
成本
低
高
ChargePump
DC-DC基本原理——内部拓扑结构
DC-DC根据输入电压和输出 电压的关系，分为降压、升压 、负降压-升压结构。从拓扑 结构上看，它们的本质区别在 于储能元件、输入电源和开关 的位置不一样。
DC-DC基本原理——同步和非同步
DC-DC关键参数
输入电压范围 输出电压 输出最大电流 静态电流 关断电流 开关频率 负载调整率 线路调整率 电源纹波抑制比 使能电平 封装 耗散功率 效率
耗散功率、PSRR、静态电流
LDO应用——特殊问题
在某些LDO应用中，对LDO某些参数有特殊的要求。
高像素摄像头模拟电源，要求 PSRR在100k的时候40dB以上。
避免输出电压和地短路导致烧坏芯片， 需要短路过流保护功能。
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 damage due to overheating.
在闪光灯应用过程中，为了防止系统死机，软件没有办法关掉 闪光灯，需要闪光灯驱动芯片自动关掉闪光灯输出电压。
ChargePump应用——原理图设计
□手机常用电源的类型 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ LDO
LDO基本原理 LDO关键参数 LDO应用 □ DC-DC DC-DC基本原理 DC-DC关键参数 DC-DC应用 □ ChargePump ChargePump基本原理 ChargePump关键参数 ChargePump应用
2.5-5.5V 可编程 5A连续 60uA 0.1uA 2.4M -0.1%/A 0.01%/V Firgure 22 H@1.1V L@0.4V 20WLCSP 1.6*2mm 热阻和结温
Firgure 7- Firgure 12
DC-DC关键参数——效率和损耗
损耗：任何从输入吸收而未传送至输出的能量。 输入功率=输出功率+损耗
ChargePump基本原理——拓扑结构2
电压调整型，输出固定电压
电流调整型，输出规定电流。常见有电流阱调整和 通过Feadback电压调整两种。电流阱调整的电荷 泵在手机上应用有并联背光驱动； Feadback电压 调整的电荷泵在手机上应用的有闪光灯驱动。
ChargePump关键参数
输入电压范围 输出电压 输出最大电流 静态电流 关断电流 开关频率 负载调整率 线路调整率 电源纹波抑制比 使能电平 封装 耗散功率 效率
当Vout=4V，Vin=3.6V，电荷泵工作在2X模式， = 4 / (2*3.6)=55.56% 当Vout=4V，Vin=3.6V，电荷泵工作在1.5X模式， = 4 / (1.5*3.6)=74.1%
从上面计算结果来看，电荷泵工作模式对效率的影响特别大，从 闪光灯驱动实际应用来看，在Vbat输入比较高的情况下，电荷泵 工作在1X模式，效率很高；在Vbat输入比较低的情况下，效率非 常低。
手机常用电源基础知识介绍 ——王岁宏
目录
□ 手机常用电源的类型
□ LDO LDO基本原理 LDO关键参数 LDO应用
□ DC-DC DC-DC基本原理 DC-DC关键参数 DC-DC应用
□ ChargePump ChargePump基本原理 ChargePump关键参数 ChargePump应用
□ 讨论
LDO应用——特殊问题
关闭电源后需要快速打开电源的，要求LDO具有快速放电功能。
没有快速放电功能
有快速放电功能功能
LDO应用——原理图设计
□ 手机常用电源的类型
□ LDO LDO基本原理 LDO关键参数 LDO应用
■ DC-DC DC-DC基本原理 DC-DC关键参数 DC-DC应用
□ ChargePump ChargePump基本原理 ChargePump关键参数 ChargePump应用
□ 讨论
ChargePump基本原理
ChargePump:电荷泵
ChargePump的工作原理： ChargePump从本质上讲也是一种 开关电源，跟DC-DC相比，它的 储能元件是电容。
主要分为： 整数倍增益电荷泵 分数倍增益电荷泵 电压调整电荷泵 电流调整电荷泵
2X 1.5X
ChargePump基本原理——拓扑结构1
从电源向负载连续供电
LDO 开关型电源
从电源向负载以开关的形式供电 按照输出电压和输入电压关系分 为：升压、降压、负降压/升压。 按照输入电源和输出电源电流是 否恒定分为：AC-DC、DC-DC。 按照储能原件的类型分为：电感 型、电容型(ChargePump)。 区别：线性电源的电压反馈电路是工作 在线性(放大)状态，开关电源是指用于电 压调整的管子工作在饱和和截止区，即 开关状态的。
ChargePump应用——器件选型
以闪光灯驱动为例：
1.选定最大输出电流
Iout=850mA
2.封装
DFN3*3
3.控制信号
High@大于1.3V Low@小于0.5V
4.其它
闪光模式和手电筒模式选择、闪光电流可调、手电筒
电流可调、静态电流、过时保护、过压保护
ChargePump应用——特殊问题
线性稳压器根据内部传输 元件RPASS的类型分为：
NPN达林顿管 NPN准LDO PNP LDO N-FET LDO P-FET LDO
LDO关键参数
输入电压范围 输出电压 输出最大电流 输入输出电压差 静态电流 关断电流 负载调整率 线性调整率 电源纹波抑制比 使能电平 耗散功率 效率 Pout/Pin=Vout/Vin
开关电源的一种，特指电容 型的开关电源
效率=Vout/（M*Vin） M为电荷泵工作模式 Iin=M*Iout
中等 中等
中等
中等
□ 手机常用电源的类型
■ LDO LDO基本原理 LDO关键参数 LDO应用
□ DC-DC DC-DC基本原理 DC-DC关键参数 DC-DC应用
□ ChargePump ChargePump基本原理 ChargePump关键参数 ChargePump应用
耗散功率、PSRR、软启动时间
DC-DC应用——原理图设计
□ 手机常用电源的类型
□ LDO LDO基本原理 LDO关键参数 LDO应用
□ DC-DC DC-DC基本原理 DC-DC关键参数 DC-DC应用
■ ChargePump ChargePump基本原理 ChargePump关键参数 ChargePump应用
LDO应用——器件选型
以Camera模拟电源为例：
Camera Driver IC为OV8825
1.选定输出电压 Vout=2.8V
2.选定输出最大电流 Iout=300mA
3.封装
DFN1*1
4.控制信号
High@大于1.3V Low@小于0.5V
5.其它
自动放电、短路过流保护、Fold-back结构、
LDO基本原理——实现方式
线性稳压器的工作原理：
采用一个压控电流源以强制在稳压器 输出端上产生一个固定电压，控制电 路连续监视(检测)输出电压，并调节 电流源(根据负载和输入源的需求)以 把输出电压保持在期望的数值。
主要包括四个部分：传输元件、误差 放大器、采样电路、基准电压。
实现方式：
LDO基本原理——内部拓扑结构
效率：输出功率和输入功率之比，表示能量转换的程度。 效率=输出功率/输入功率=输出功率/(输出功率+损耗)
损耗为何产生？理想元件和实现方法的差异。 损耗的组成部分：
MOSFET：开关损耗（开关频率）、栅极驱动器损耗、传 导损耗（开关导通电阻）。
无源组件：电感上的线圈（Rdc）和磁芯损耗、阻性损耗、 电容器ESR 损耗。
■手机常用电源的类型
□ LDO LDO基本原理 LDO关键参数 LDO应用
□ DC-DC DC-DC基本原理 DC-DC关键参数 DC-DC应用
□ ChargePump ChargePump基本原理 ChargePump关键参数 ChargePump应用
□ 讨论
手机常用电源的类型
按照电源向负载供电是否连续分为： 线性型电源
2.7-5.5V 可调
850mA 60uA 0.1uA 1.8M -0.1%/A 0.01%/V Firgure 22 H@1.1V L@0.4V DFN 10Pin 热阻和结温
Firgure 7- Firgure 12
ChargePump关键参数——效率
理论上，效率计算公式如下： =Pout/Pin=Vout*Iout/(Vin*Iin)=Vout/(Vin*M) M为电荷泵的工作模式, Iin=M*Iout
VIN
Cin
SHDN
CONTROL / CLOCK
S1
S3
S2
S4
GND
C+
Cfly
CVOUT
Cout
Vout = 2*Vin
ENABLE
VIN
CIN
VOUT
COUT
CONTROL / OSCILLATOR
S1 CFLY1
S2
S3 CFLY2
S4
Vout = Vin + Vin/2 = 1.5*Vin
□ 讨论
DC-DC基本原理
DC-DC：Direct Current-Direct Current 直流转直流
DC-DC Regulator：直流转直流稳压器，这里特指电感型开关电源。
Buck 降压
Boost 升压
实现方式：
DC-DC的工作原理：
DC-DC是一种采用开关组件输送功率 的电源，核心元件为开关和电感。
■ 讨论
转换器IC：内部基准、振荡器电路、栅极驱动电路损耗。
DC-DC应用——器件选型
以Qualcomm 8939平台APC电源为例：
1.选定输出电压 Vout=1.05Vtyp 变化
2.选定输出最大电流 Iout=5mA
3.封装
20WLCSP
4.控制信号
I2C接口 3.4M
5.其它
短路过流保护、开关频率、静态电流、关断电流