电源管理芯片低压低功耗过热保护电路

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一种全MOS管结构低压低功耗电压基准源的设计

一种全MOS管结构低压低功耗电压基准源的设计张昌璇;解光军【摘要】提出了一种全MOS管结构的低压低功耗电压基准源,他利用一个工作在亚阈值区的MOS管具有负温度特性的栅-源电压与一对工作在亚阈值区的MOS 管所产生的具有正温度特性的电压差进行补偿.电路采用标准的0.6 μmCMOS工艺设计,已成功应用于一个低压差线性稳压器(LDO)中,具有优良的温度稳定性,在-40～+120 ℃范围内能达到37.4 ppm/℃,并可以在供电电压为1.4～5.5 V下工作,其总电流仅为4 μA.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2008(031)001【总页数】3页(P156-158)【关键词】电压基准;亚阈值区;低压低功耗;MOS管【作者】张昌璇;解光军【作者单位】合肥工业大学,微电子与固体电子学院,安徽,合肥,230009;合肥工业大学,微电子与固体电子学院,安徽,合肥,230009【正文语种】中文【中图分类】TN432近几年来,随着无线通信业的高速成长,采用电池供电的模拟或模数混合电子产品得到迅猛发展，尤其是采用CMOS标准工艺的低电压、低功耗模拟电路受到越来越多的重视。

低电压的模拟电路不但能大幅度降低电路功耗,而且能增强电路稳定性。

在电子设计行业内有一种说法：电源电压越低越好。

尽管电源电压并不是决定电路功耗的惟一因素,但其影响居于主导地位。

传统的带隙基准源是根据双极型晶体管的VBE和ΔVBE的温度特性来设计的，在CMOS工艺中采用了寄生的PNP管进行设计，其带隙基准电压为[1]：Vref|T=T0=VG0+VT0(γ-α)(1)其中，Vref是温度为T0时的基准电压，VG0是带隙电压(1.205 V)，对于典型值γ=3.2，α=1，Vref=1.262 V[1]。

所以一般的带隙基准电路其基准电压都大于带隙电压，难以实现低压。

本文采用全MOS管结构，所设计的基准电压不再受带隙电压的限制，很容易达到1 V以下，便于为一些低压模拟电路提供基准源，且无需引入放大器，进一步简化了电路，所设计的电压基准源已成功应用于一个手机电源管理的LDO芯片之中。

电源管理芯片技术

1.电源管理芯片的主要功能是实现对电源供应的高效管理和控制，以满足电子设备对电能的需求。其技术原理主要基于模拟电路、数字电路以及混合信号处理技术。 2.模拟电路技术：包括电压基准、运算放大器、比较器等模块，用于处理和调控连续的模拟信号。 3.数字电路技术：通过逻辑门、触发器等数字逻辑单元，实现对电源状态的精确控制和监测。
▪ 电源管理芯片技术发展趋势
1.随着移动设备和物联网设备的快速发展，电源管理芯片将更加集成化和高效化，以满足设备对电能管理的严格要求。 2.新一代电源管理芯片将更加注重能源效率，实现更高效的电能转换和分配，以延长设备的使用时间。 3.未来电源管理芯片将结合先进的算法和人工智能技术，实现智能电源管理，根据设备的工作状态和需求进行动态调整，提高电源的利用率和设备的性能。以上内容仅供参考，如有需要，建议您查阅相关网站。
▪ 物联网
1.物联网技术的普及使得各种智能设备对电源管理芯片的需求不断增加，需要为设备提供稳定、可靠的电能供应。 2.电源管理芯片需要具备低功耗、小体积、高性能等特点，以适应物联网设备的应用需求。 3.未来，随着物联网技术的不断进步和应用范围的扩大，电源管理芯片技术将迎来更广阔的发展空间。
应用领域与案例分析
1.负载开关芯片可以控制电源的开关，实现对电路的保护和控制。 2.该类型芯片需要具备快速响应和高精度的控制能力，以确保电路的稳定性和可靠性。 3.随着物联网和智能家居等领域的快速发展，负载开关芯片的应用也会越来越广泛。
芯片类型与功能
▪ LED驱动芯片
1.LED驱动芯片可以提供稳定的电流和电压，驱动LED发光。 2.该类型芯片需要具备高精度的测量和控制能力，以确保LED发光的稳定性和可靠性。 3.随着LED照明技术的不断发展，LED驱动芯片的市场需求也在不断增加。

pn8024r电源芯片工作原理

pn8024r电源芯片工作原理一、引言PN8024R是一款高效率、低功耗的电源管理芯片，广泛应用于移动设备、智能家居等领域。

本文将详细介绍PN8024R的工作原理。

二、PN8024R的主要特点1. 高效率：PN8024R采用了高效的降压转换器技术，能够实现高达95%以上的转换效率。

2. 低功耗：PN8024R在待机模式下能够降低功耗至微安级别，大大延长了电池寿命。

3. 多种保护功能：PN8024R具备过流保护、过温保护等多种保护功能，保障设备安全运行。

三、PN8024R的工作原理1. 输入电压稳压当输入电压变化时，PN8024R会自动调节输出电压以保持稳定。

其工作原理如下：（1）当输入电压升高时，芯片内部控制器会减小开关管导通时间，从而降低输出电压；（2）当输入电压降低时，芯片内部控制器会增加开关管导通时间，从而提高输出电压。

2. 输出过流保护当输出负载过大时，PN8024R会自动切断输出以保护芯片和负载。

其工作原理如下：（1）当输出负载过大时，芯片内部控制器会感知到这种情况，并立即切断开关管的导通；（2）此时输出电压会急剧下降，从而使芯片内部控制器进入保护模式。

3. 过温保护当PN8024R温度过高时，芯片内部控制器会立即采取措施降低温度。

其工作原理如下：（1）当PN8024R温度升高到一定程度时，芯片内部控制器会自动减少开关管的导通时间；（2）这样可以降低芯片功耗和热量产生，从而达到散热的效果。

四、PN8024R的应用场景PN8024R广泛应用于移动设备、智能家居等领域。

其主要应用场景包括：1. 手机、平板电脑等移动设备中的电源管理；2. 智能家居中各种传感器和执行机构的电源管理。

五、总结PN8024R作为一款高效率、低功耗的电源管理芯片，在移动设备、智能家居等领域得到了广泛应用。

本文详细介绍了PN8024R的工作原理，包括输入电压稳压、输出过流保护和过温保护等方面。

屹晶微电子EG1192H DC-DC电源芯片数据手册说明书

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4. 引脚
4.1 引脚定义
U1
EG1192H 芯片数据手册 V1.0
零功耗使能降压 DCDC 电源芯片
VIN
IS
GND
VS
VIN
EN
VB
VIA EG1192H FB
4.2 引脚描述
引脚序号 0 1 2 3 4 5 6 7 8
引脚名称 VIN VIN GND EN VIA FB VB VS IS
图 4-1. EG1192H 管脚定义
I/O Power Power Gnd I O I I
描述芯片电源输入端（芯片背面）。芯片电源输入端。地使能脚，高电平有效，开关电源工作输入电源电阻比例分压后输出输出电压反馈输入悬浮电源悬浮地。 MOS 峰值电流保护输入端口
悬浮驱动
VREF=0.18V
比较器
6 VB 1 VIN 7 VS 8 IS
图 5-1. EG1192H 内部电路图
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6. 典型应用电路
EG1192H 芯片数据手册 V1.0
零功耗使能降压 DCDC 电源芯片
℃
Tstr
储存温度
-
-55
150
℃
TL
焊接温度
T=10S
-
300
℃
ESD（HBM）
静电防护
-
2
KV
注：超出所列的极限参数可能导致芯片内部永久性损坏，在极限的条件长时间运行会影响芯片的可靠性。
7.2 典型参数
无另外说明:VIN=48V;TA=25℃;

低压差稳压器--AMS1117芯片简介

低压差稳压器--AMS1117芯⽚简介结构从内部框图可以看出，ASM1117提供电流限制和热保护（TSD），以防环境温度造成过⾼的结温。

电路包含1个齐纳调节的带隙参考电压以确保输出电压的精度在±1%以内。

ADJ引脚是可调整电压引脚，⽤来接⼊可调电阻，调出你所需要的电压。

基本⼯作原理AMS1117是⼀个低漏失电压调整器，它的稳压调整管是由⼀个PNP驱动的NPN管组成的，漏失电压定义为： VDROP = VBE+ VSAT。

AMS1117有固定和可调两个版本可⽤，输出电压可以是：1.2V，1.5V，1.8V，2.5V，2.85V， 3.0V，3.3V，和5.0V。

⽚内过热切断电路提供了过载和过热保护，以防环境温度造成过⾼的结温。

LM1117有可调电压的版本，通过2个外部电阻可实现1.25～13.8V输出电压范围。

另外还有5个固定电压输出（1.8V、2.5V、2.85V、3.3V和5V）的型号。

X1117是⼀款正电压输出的低压降三端线性稳压电路，在1A输出电流下的压降为1.2V。

分为两个版本，固定电压输出版本和可调电压输出版本。

固定输出电压1.5V、1.8V、2.5V、3.3V、5.0V和可调版本的电压精度为1%；固定电压为1.2V的产品输出电压精度为2%。

内部集成过热保护和限流电路，适⽤于各类电⼦产品。

AMS1117-3.3参数：绝对最⼤额定值：20V⼯作结温范围：-40~125°C输⼊电压：15V焊接温度（25秒）：265°C存储温度：-65~150°CAMS1117-3.3电⽓特性：输出电压：3.267~3.333V（0≤IOUT≤1A，4.75V≤VIN≤12V）线性调整（最⼤）：10mV（4.75V≤VIN≤12V）负载调节（最⼤）：15mV（VIN=5V，0≤IOUT≤1A）电压差（最⼤）：1.3V电流限制：900~1500mA静态电流（最⼤）：10mA纹波抑制（最⼩）：60dB。

pse0600用法

PSE0600的用法1. 简介PSE0600是一种电源管理芯片，主要用于移动设备和消费电子产品中，以提供稳定的电源供应和保护电路。

它具有高效能、低功耗和小尺寸等特点，广泛应用于智能手机、平板电脑、数码相机等产品中。

2. 功能特点•电源管理：PSE0600能够对输入电压进行监测，并根据需要调整输出电流和电压，以满足设备的不同功耗需求。

•过热保护：当芯片温度超过设定阈值时，PSE0600会自动降低功率或关闭输出来保护设备免受过热损坏。

•短路保护：如果输出端短路或负载异常，PSE0600会立即切断输出以防止损坏。

•低功耗模式：在设备处于待机或轻负荷状态时，PSE0600可以进入低功耗模式来降低能耗。

•多种接口支持：PSE0600支持多种输入和输出接口，如USB、Type-C等。

3. 使用步骤步骤一：设计电源系统在使用PSE0600之前，首先需要设计一个合适的电源系统。

这包括选择适当的输入和输出接口、确定输入电压范围和输出电流要求等。

步骤二：连接电路将PSE0600与其他相关电路连接。

根据芯片的引脚图和规格书，正确地连接输入和输出接口、滤波器、稳压器等元件。

步骤三：编程配置通过编程配置来设置PSE0600的工作模式和参数。

可以使用专门的软件或开发工具来完成这一步骤。

根据实际需求，可以设置输入和输出电压范围、过热保护温度阈值、低功耗模式等。

步骤四：测试验证在完成上述步骤后，需要进行测试验证以确保PSE0600正常工作。

可以使用示波器、万用表等测试设备来检查输入输出电压是否符合要求，并验证过热保护和短路保护功能是否正常。

步骤五：优化调整根据实际应用需求，对PSE0600进行优化调整。

可以通过修改配置参数或添加外部元件来改善性能，如增加滤波电容、调整稳压器参数等。

4. 注意事项•在使用PSE0600之前，务必详细阅读芯片的规格书和应用指南，了解其特性和使用要求。

•注意避免超过PSE0600的最大工作电压和电流范围，以免损坏芯片。

pw5100芯片大电流电路

pw5100芯片大电流电路
PW5100芯片是一种高性能、低功耗的电源管理集成电路，常用
于移动设备和便携式电子产品中。

PW5100芯片的大电流电路通常用
于供电给高功率负载或需要大电流输出的应用。

这种大电流电路通
常需要考虑以下几个方面：
1. 输出电流能力，PW5100芯片的大电流电路需要具有足够的
输出电流能力，以满足负载的需求。

通常需要根据具体的负载需求
选择合适的输出级别和配置。

2. 稳定性和效率，大电流电路需要保持稳定的输出电压和电流，以确保负载正常工作并且不受电源波动的影响。

同时，高效率也是
一个考虑因素，以减少能量损耗并延长电池寿命。

3. 过流保护和热管理，PW5100芯片的大电流电路通常需要具
备过流保护功能，以防止负载过载时损坏电路。

同时，热管理也是
重要的，需要考虑如何有效地散热，以确保电路在高负载时不过热。

4. 输入电压范围，大电流电路通常需要支持较宽的输入电压范围，以适应不同的电源输入情况，例如电池供电和外部适配器供电。

在设计PW5100芯片的大电流电路时，需要综合考虑以上因素，并根据具体的应用需求进行合适的设计和配置。

同时，也需要严格遵循PW5100芯片的规格书和设计指南，以确保电路的稳定性和可靠性。

两种低功耗新型过温保护电路的设计

龙源期刊网两种低功耗新型过温保护电路的设计作者：卢一鑫李院院来源：《现代电子技术》2012年第18期摘要：电源管理芯片中过温保护电路用来检测芯片的温度。

当温度过高时，过温保护电路输出保护信号，使芯片停止工作，以免温度过高而损坏芯片。

为了实现上述过温保护电路功能，提出了两种新型的过温保护电路，不但能够精确地检测芯片的温度，并且功耗很低。

采用0.5μmN—阱CMOS工艺的方法，进行电路设计，并使用CadenceSpectre工具进行了仿真实验验证。

仿真实验结果表明两种电路仅消耗3μA的电流就能够实现精确的温度检测，其具有较强的适应性，高灵敏度和高精度的特点，应用前景比较广泛。

关键词：过温保护电路；低功耗系统；电源管理；集成电路中图分类号：TN710—34文献标识码：A文章编号：1004—373X（2012）18—0159—03引言随着微电子、通信技术的飞速发展，电子设备与人们的生活和工作的关系日益密切。

近年来手机、数码相机、掌上电脑等便携式设备也得到了迅猛的发展。

多种功能模块集成在同一系统中，使设备的功能越来越强大。

同时，系统的功耗也大大地增加，导致设备的温度变化很大。

当温度过高时，为了避免设备损坏系统应该停止工作。

电源管理芯片用来给系统提供稳定的电压，通常在电源管理芯片中集成过温保护电路[1—3]，温度过高时停止供电，使所有系统停止工作。

当温度下降到工作范围内时，重新激活电源，使系统恢复工作。

对于过温保护电路相关研究工作近年来也提出了不少新颖的观点和新的工艺：如徐伟，冯全源提出了一种带曲率朴偿的基准及过温保护电路[4]；易峰，何颖，郭海平等研究提出了一种采用双极工艺设计的过温保护电路[5]；季轻舟，耿增建通过研究得到了高性能快速启动CMOS带隙基准及过温保护电路[6]；吴斯敏，邹雪城，余国义发现了一种嵌入BICMOS带隙电路的过温保护电路等[7]。

过温保护电路一般利用一个温度敏感的器件检测环境的温度。

STM32L15x —— 电源管理PWR和低功耗模式

Reset信号
不支持BOR
不支持 BOR
支持BOR
在上电时，BOR LEV1 始终有效，即使 BOR功能在Option中被禁止
支持BOR 不支持BOR
在断电时，用户可以选择是否使能BOR
Time
10
电源管理 —— 待机电路
待机电路包括
低功耗的日历RTC(警报，周期性的从停止或待机模式唤醒)
16MHz (1ws) 8MHz (0ws)
VDD = 2.0 to 2.4V 转换时间为500Ksps 正常 VDD = 2.4 to 3.6V 转换时间为1Msps 正常
范围1 / 范围2 / 32MHz (1ws)
范围3
16MHz (0ws)
范围1 / 范围2 / 32MHz (1ws)
范围3
PVD Output
平时，会在EXTI Line16
产生一个外部中断
Î 保证MCU一直处于安全的状态下
PVD Threshold
100mv hysteresis
9
电源管理 —— 监控和复位电路(五)
VDD
3.6V
VBOR
BOR 监控VDD所有的上升下降沿 = 对供电波形没有要求 BOR由用户通过Option Byte控制在停止/待机模式下，可以禁止VREFINT来停止BOR
RTC_AF1 唤醒引脚 2
唤醒引脚 2
待机电路
RCC 控制寄存器
32KHz OSC (LSE)
唤醒单元
IWDG
RTC + 80 字节后备寄存器
11
系统外设
电源管理 (PWR) —— 低功耗模式
12
低功耗模式 —— 概述

SGM2019 圣邦微LDO电源管理芯片

GENERAL DESCRIPTION FEATURESSGM2019系列低功耗，低噪声，低压差CMOS线性稳压器在2.5V至5.5V的输入电压下工作。

它们是低压，低功耗应用的理想选择。

低接地电流使该器件对电池供电的电源系统具有吸引力。

SGM2019系列还提供超低压差，以延长便携式电子产品的电池寿命。

SGM2019系列的超低输出噪声（30µVRMS）和高PSRR将使需要安静电压源的系统（例如RF应用）受益。

连接到器件BP引脚的外部噪声旁路电容器可以进一步降低噪声水平。

电压预设为1.2V至5.0V范围内的电压。

其他功能还包括10nA逻辑热关断保护。

低输出噪声低压差热过载保护输出电流限制高PSRR（1kHz时为74dB）10nA逻辑控制的关断提供多种输出电压版本固定输出1.2V，1.5V，1.8V，2.5V，2.6V，2.8V，2.85V，3.0V和3.3V输出可调范围为1.2V至5.0V-40℃至+ 85℃工作温度范围提供绿色SC70-5和SOT-23-5封装应用：蜂窝电话无绳电话PCMCIA卡调制解调器MP3播放器手持仪器掌上电脑电子规划师便携式/电池供电设备PIN CONFIGURATIONS (TOP VIEW) ABSOLUTE MAXIMUM RATINGSIN GND 125 OUTIN to GND................................................................. -0.3V to 6VOutput Short-Circuit Duration ..........................................InfiniteEN to GND............................................................... -0.3V to V INO UT, BP/FB to GND................................... -0.3V to (V IN + 0.3V)Power Dissipation, P D @ T A = 25℃SOT-23-5.............................................................................0.4W 3 4EN BP/FBSOT-23-5/SC70-5 SC70-5 ...............................................................................0.3W Package Thermal ResistanceSOT-23-5, θJA................................................................260℃/W SC70-5, θJA....................................................................330℃/WNOTES: Operating Temperature Range............................-40℃ to +85℃1. The location of pin 1 on the YJxx is determined by orienting the package marking as shown.2. “xx”is the output voltage code. (For Example: when the output voltage is 1.8V, it is expressed as 18.) Junction Temperature........................................................ 150℃Storage Temperature Range..............................-65℃ to +150℃Lead Temperature (Soldering, 10s)...................................260℃ESD SusceptibilityCAUTION HBM (4000V)MM (400V)如果您不注意ESD保护，则该集成电路可能会被ESD损坏。

一种适用于移动芯片的低功耗低温漂LDO电路

一种适用于移动芯片的低功耗低温漂LDO电路陈迪平;应韬;董刚【摘要】针对移动设备低功耗的要求 ,基于GSMC 0 .18 μm CMOS集成电路工艺 ,设计了一种新型无片外电容低压差线性稳压电路 .在传统结构的基础上 ,用经温度补偿的恒流源替代反馈电阻 ,并将此恒流源作为基准电压源电路及误差放大器偏置参考电流 ,降低了静态功耗 ,同时对输出电压实现了温度补偿且可调 .结果表明 ,在2 .85~ 4 .00 V工作电压范围内 ,空载时静态电流仅为5 .486 μA ;在 -40~ 85℃工作温度范围内 ,输出电压温漂为9 .772× 10 -6/℃;电路版图面积仅为0 .12mm× 0 .09 mm .【期刊名称】《西安电子科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(045)006【总页数】6页(P57-62)【关键词】低压差线性稳压器;低功耗;低温度系数;温度补偿【作者】陈迪平;应韬;董刚【作者单位】湖南大学物理与微电子科学学院 ,湖南长沙410082;湖南大学物理与微电子科学学院 ,湖南长沙410082;湖南大学物理与微电子科学学院 ,湖南长沙410082【正文语种】中文【中图分类】TN432高效的电源管理在有限能耗的移动设备中越来越重要[1]．低压差线性稳压器(Low DropOut regulator， LDO)因响应速度快、噪声低、电路结构简单及外围器件少等特点，逐渐被集成于片上系统中[2-5]．针对不同电压需求的各噪声敏感模块，分别被优化设计提供纯净的电源，可改善系统的整体性能．为了降低移动设备在睡眠等工作模式下的功耗，延长待机时间，需降低空载时静态电流以改善其电流效率[6]．低压差线性稳压器输出电压的稳定度受多种因素叠加影响，其中工作温度的变化对误差放大器输出电压稳定度和基准电压的影响最大[7-8]．图1 传统低压差线性稳压器电路结构基于传统低压差线性稳压器电路，笔者提出了一种适用于移动设备芯片的新型低压差线性稳压器电路．将传统低压差线性稳压器反馈网络中的一个反馈电阻替换成经过一阶温度补偿的恒流源，同时将其作为基准电压源电路和误差放大器的偏置参考电流，从而减少了额外的电流支路，降低了该低压差线性稳压器电路的静态功耗．该低压差线性稳压器电路输出电压采用一阶温度补偿措施，降低了其输出电压对温度的敏感性，实现了低温漂系数设计．1 传统低压差线性稳压器电路分析传统低压差线性稳压器的电路结构如图1所示，主要包括误差放大器、调整管、反馈电阻网络和基准电压源4个部分[9]．低压差线性稳压器是一个闭环电压负反馈系统，通过反馈作用将输出电压稳定．正常工作时输出电压为Vout=Vref(1+R1/R2) ．(1)低压差线性稳压器电路性能指标按性质分为3类: 静态参数．线性调整率、负载调整率、静态电流、电压精度、温度系数．动态参数．线性瞬态响应、负载瞬态响应．高频参数．电源抑制比(Power Supply Rejection Ratio， PSRR)、输出噪声．如图1所示，在传统低压差线性稳压器电路中，误差放大器和基准电压源电路的偏置电路多为单独提供．对于低功耗低压差线性稳压器电路，尽量减小偏置电流至关重要，但通常直接减小偏置电流会减小环路带宽，恶化瞬态响应[10]．此外，对温度敏感的误差放大器失调电压Vos会对输出电压Vout产生影响:Vout=(Vref+Vos) (1+R1/R2) ．(2)若R1、R2使用相同类型的电阻，则它们的温度特性相同，比值为与温度无关的常数．据式(2)可得输出电压温度系数TC为(3)根据式(3)，Vref和Vos的温度特性直接被放大为Vout的温度特性．此外，传统低压差线性稳压器结构输出电压Vout受多种因素影响，包括输入电源电压对其影响(ΔVLR)，负载对其影响(ΔVLDR)，基准电压对其影响(ΔVo，ref)，误差放大器对其影响(ΔVo，a)，反馈电阻对其影响(ΔVo，r)和温度系数对其影响(ΔVTC)等．其中，ΔVo，ref和ΔVo，a对Vout的影响最大．低压差线性稳压器的输出精度为[7]% ．(4)图2 新型低压差线性稳压器电路结构2 新型低压差线性稳压器电路设计2.1 低功耗优化设计笔者设计的新型低压差线性稳压器的电路结构如图2所示．采用恒流源IL代替传统低压差线性稳压器电路中的反馈电阻R2，同时将该电流映射到误差放大器和基准电压源电路，作为其偏置参考电流，减少额外电流支路，以达到降低静态功耗、提高电流效率的目的．图3 恒流源IL电路基于上述结构设计，恒流源IL(图3所示)采用温度补偿结构予以实现: 由正温度系数电流(Proportional To Absolute Temperature， PTAT)和负温度系数电流(Negative To Absolute Temperature， NTAT)两部分构成．M1和M2管工作于弱反型区，弱反型区金属氧化物半导体(Metal Oxide Semiconductor，MOS)管电流为[11](5)其中，参数n定义为(1+Cdep/Cox)，Cox为栅氧层单位电容，Cdep为沟道耗尽层单位电容，n值在1.2～1.5之间，取决于沟道耗尽层的厚度，且与偏置电压相关．M1和M2的宽长比为M，其余对管宽长比均相同，因此，流过电阻Rp的电流Ip为据式(6)，电流Ip大小只与参数n、电阻Rp、温度电压VT以及两管比例M相关，而与电压无关．在正温度系数电流电路中引出电压端VBU和VBD，将电流Ip映射到误差放大器和基准电压源电路中分别作为其偏置参考电流．电流Ip为基准电压源电路所需的正温度系数电流，在电路实现中合理设计环路相位裕度和带宽等参数，并留有一定的设计裕度，则复用偏置电流不会对误差放大器偏置电路产生负面影响．负温度系数电流基于二极管方式连接的PNP管Q1产生，如图3所示，流过电阻Rn的电流In约为(7)据式(7)，电流In的大小与电压无关，电阻Rn决定了电流In的大小．根据式(6)和式(7)，将两部分电流相加可得到电流IL:(8)因此，该新型低压差线性稳压器的输出电压为(9)2.2 低温漂系数设计考虑误差放大器失调电压Vos后的低压差线性稳压器输出电压为(10)由式(10)，可得低压差线性稳压器输出电压温度系数为(11)式(10)中第3项为正值，第4项为负值，可通过相关参数的合理设计使这两项互相抵消，则与式(3)相比，低压差线性稳压器输出电压的温度系数将有效减小．因此，令上式后两项之和为零，可得(12)则(13)图4 笔者设计的低压差线性稳压器整体电路图通过仿真扫描可得到∂VBE1/∂T的值．根据式(13)设计电阻比值，可实现温度补偿．与传统低压差线性稳压器相比，笔者所设计的新型低压差线性稳压器电路在满足式(13)的条件下，可有效地降低输出电压的温度敏感性，提高输出的稳定度．2.3 整体电路设计笔者设计的新型低压差线性稳压器整体电路如图4所示，M3～M9、Rv和Q2构成带隙电压基准．在实现中，从正温度系数电流部分N倍比例映射正温度系数电流，与Q2产生的负温度系数电流进行温度补偿，温度补偿后的电流在电阻Rv上生成基准电压Vref[12]:(14)选择合适的N、n、M和电阻比值，可获得接近零温度系数的Vref．针对不同的负载电容，低压差线性稳压器环路频率补偿方式是不尽相同的．对于笔者的设计，因无片外大电容负载，为避免环路主极点随负载电容的变化而变化，采用密勒补偿方式实现电路的稳定性设计．将低频主极点放在误差放大器输出端，使低压差线性稳压器输出节点产生的极点成为次极点，以降低负载变化对环路稳定性的影响．在实现中，增加误差放大器增益可减小负载调整率，但此举会影响闭环稳定性，需折中考虑．传统结构中误差放大器和基准电压源电路有限的电源抑制比会限制低压差线性稳压器电路低频处的电源抑制比，调整管有限的阻抗也会限制低压差线性稳压器的电源抑制比，而提高误差放大器增益和环路带宽可以有效地改善电源的抑制比．笔者的设计为移动设备芯片提供电源管理，输出精度及负载能力要求不高，故采用M10～M15构成的单级误差放大器，尾电流源为共源共栅结构，直接从正温度系数电流部分比例映射获取．此举可简化频率补偿方案，降低电路成本．仿真分析表明，此设计可满足实际应用场合的要求．根据功耗和面积限定，由式(6)设定电流Ip为400 nA，n取1.45，M取8，则Rp=n(kT/q) ln M/Ip≈196 kΩ ．(15)Q1和Q2采用不同尺寸的晶体管予以实现．对温度仿真扫描，可得∂VBE1/ ∂T 约为 -2.8 mV/℃，∂VBE2/ ∂T约为 -1.6 mV/℃，由式(12)得Rn≈ 2.1 MΩ; 折中考虑功耗和电阻Rv的大小，式(14)中N取4，将其对温度求导并令其为0，可得Rv≈ 300 kΩ．再根据具体仿真情况适当调整电阻值．在实际电路实现时，电阻Rn、Rp、R1和Rv均加入可控电阻阵列以便于修调．图5 笔者设计的低压差线性稳压器电路版图设计3 电路版图设计及仿真结果分析基于上海宏力半导体有限公司(Grace Semiconductor Manufacturing Corporation，GSMC) 0.18 μm 互补金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)工艺，并利用Cadence软件完成了电路和版图设计，利用Spectre、Virtuoso等工具进行了仿真分析．图5中的黑色虚线区域所示为该低压差线性稳压器的电路版图设计，其面积为0.12 mm× 0.09 mm．该电路用于芯片内部模块的供电，其输入电源电压为 3.3 V，输出电压为 1.8 V．因负载驱动要求不高，故P沟道金属氧化物半导体(P-channel Metal Oxide Semiconductor，PMOS)调整管尺寸较小，最大负载电流为 7 mA，满足负载要求．如图6所示，其负载调整率为 0.51 mV/ mA，满足应用要求；在 2.85 ～4.00 V 的输入电压范围内，其线性调整率约 1.437 mV/V; 输出电压精度约为0.25%．如图7所示，负载电流在 0～7 mA 的范围内，该低压差线性稳压器电路包括基准电压源在内的总静态电流基本保持不变，约5.486 μA．图8 Vout和Vref的温度敏感性曲线如图8所示，在TT工艺角下，对该低压差线性稳压器输出电压Vout和基准电压Vref进行DC温度扫描，扫描范围为 -40～85℃，输出电压与基准电压随温度的变化趋势基本保持一致，其温漂系数仅为9.772× 10-6/℃，满足设计要求．在无片外电容的情况下，当负载电流为10 μA、100 μA和1 mA时，相裕度依次为66.0°、76.5°和87.5°; 在最大负载电流情况下，电源抑制比约为 -49.7 (100 kHz 条件下)．此新型低压差线性稳压器电路在不同设计要求下可达到不同性能，取决于面积、功耗和负载驱动能力等指标的折中．如采用高阻值电阻，可降低功耗; 使用大尺寸调整管，可增强负载能力; 采用经更高阶温度补偿的恒流源，则温漂更小．所设计的低压差线性稳压器电路应用于一款移动设备芯片，其电源供电电压要求为 3.1～3.5 V，低压差线性稳压器工作电压范围将其完全覆盖．笔者设计的新型低压差线性稳压器电路的部分性能指标与已发表文献所提结构的对比分析如表1所示，据此可以看出，在相近工艺和面积条件约束下，笔者设计的新型低压差线性稳压器电路对于空载时静态电流这一指标具有较大改进，约为文献[1]中低压差线性稳压器静态电流的 1/10，较另外几篇文献也具备明显的优势．该新型低压差线性稳压器电路静态电流包括基准电压源电路电流在内，而其他几种设计并不包括．同时，文献[7]中低压差线性稳压器输出电压的温漂系数为2.260× 10-5/℃，文献[9] 中低压差线性稳压器温漂系数低于4.500× 10-5/℃，而笔者设计的低压差线性稳压器温漂系数为9.772× 10-6/℃，相比之下具有较大优势．综合衡量，笔者设计的低压差线性稳压器电路在降低功耗的条件下仍具有良好的整体性能，满足设计要求．表1 本设计与参考文献部分性能指标对比参数文献[1]文献[2]文献[3]文献[6]文献[9]笔者设计的工艺/μm0.1300.0900.0650.3500.0900.180芯片面积/mm20.049000.002740.013300.264000.019000.01080空载时静态电流/μA50.009.3015.9020.008.005.49线性调整率/(mV·V-1)26.00014.0004.0002.0003.7801.437电源抑制比/dB-60.0(100kHz)-54.0(100kHz)-51.0(1kHz)-45.0(20kHz)-44.0(1kHz)-49.7(100kHz)4 总结基于传统低压差线性稳压器结构，笔者采取复用偏置电流、引入经温度补偿的恒流源等措施，设计了一种适用于片内集成的新型无片外电容低压差线性稳压器电路，有效地降低了电路功耗，减小了输出电压的温度系数，提高了输出电压的稳定度．仿真基于GSMC 0.18 μm CMOS工艺，验证了电路结构的正确性和有效性，结果表明该低压差线性稳压器电路在 2.85～ 4.00 V 工作电压范围内，空载时包括基准电压源电路在内的总静态电流仅为5.486 μA，在 -40～85℃工作温度范围内，输出电压温漂仅为9.772× 10-6/℃，达到了低功耗和低温漂的要求．参考文献：【相关文献】[1] EL-NOZAHI M, AMER A, TORRES J, et al. High PSR Low Drop-out Regulator with Feed-forward Ripple Cancellation Technique[J]. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 2010, 45(3): 565-577.[2] HO M, LEUNG K N, MAK K L. A Low-power Fast-transient 90-nm Low-dropout Regulator with Multiple Small-gain Stages[J]. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 2010,45(11): 2466-2475.[3] TAN X L. A LDO Regulator with Weighted Current Feedback Technique for 0. 47nF-10nF Capacitive Load[J]. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 2014, 49(11): 2658-2672.[4] SHIRMOHAMMADLI V, SABERKARI A, MARTNEZ-GARCA H, et al. An Output-capacitorless FVF-based Low-dropout Regulator for Power ManagementApplications[C]//Proceedings of the 2016 IEEE 14th International Conference on IndustrialInformatics. Piscataway: IEEE, 2017: 258-263.[5] FAN S Q, LI H Q, GUO Z Q, et al. A 5. 2 μA Quiescent Current LDO Regulator with High Stability and Wide Load Range for CZT Detectors[J]. IEEE Transactions on Nuclear Science, 2017, 64(4): 1087-1094.[6] AL-SHYOUKH M, LEE H, PEREZ R. 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A Low-voltage All-metal Oxide Semiconductor Voltage Reference with Ultra-low Power[J]. Journal of Xi’an Jiaotong University, 2017, 51(8): 47-52.[12] 李娅妮, 孙亚东, 王旭. 一种低失调高PSRR的带隙基准电路[J]. 西安电子科技大学学报, 2017, 44(5): 92-96.LI Yani, SUN Yadong, WANG Xu. Low-offset High-PSRR Bandgap Voltage Reference[J]. Journal of Xidian University, 2017, 44(5): 92-96.。

电源管理芯片

市场需求
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• 物联网、人工智能等新兴技术的发展，为电源管理芯片带来新的应用场景
06
电源管理芯片产业的挑战与应对措施
电源管理芯片产业面临的主要挑战

技术壁垒
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电源管理芯片讲解

便携产品电源管理芯片的设计技巧随着便携产品日趋小巧轻薄,对电源管理芯片也提出更高的要求,诸如高集成度、高可靠性、低噪声、抗干扰、低功耗等.本文探讨了在便携产品电源设计的实际应用中需要注意的各方面问题.便携产品的电源设计需要系统级思维,在开发手机、MP3、PDA、PMP、DSC等由电池供电的低功耗产品时,如果电源系统设计不合理,会影响到整个系统的架构、产品的特性组合、元件的选择、软件的设计以及功率分配架构等.同样,在系统设计中,也要从节省电池能量的角度出发多加考虑.例如,现在便携产品的处理器一般都设有几种不同的工作状态,通过一系列不同的节能模式(空闲、睡眠、深度睡眠等)可减少对电池容量的消耗.当用户的系统不需要最大处理能力时,处理器就会进入电源消耗较少的低功耗模式.从便携式产品电源管理的发展趋势来看,需要考虑以下几个问题:1. 电源设计必须要从成本、性能和产品上市时间等整个系统设计来考虑;2. 便携产品日趋小巧轻薄化,必需考虑电源系统体积小、重量轻的问题;3. 选用电源管理芯片力求高集成度、高可靠性、低噪声、抗干扰、低功耗,突破散热瓶颈,延长电池寿命;4. 选用具有新技术的新型电源芯片进行方案设计,这是保证产品先进性的基本条件,也是便携产品电源管理的永恒追求.便携产品常用电源管理芯片包括:低压差稳压器(LDO)、非常低压差稳压器(VLDO)、基于电感器储能的DC/DC转换器(降压电路Buck、升压电路Boost、降压-升压变换器Buck-Boost)、基于电容器储能的电荷泵、电池充电管理芯片、锂电池保护IC.选用电源管理芯片时应注意:选用生产工艺成熟、品质优秀的生产厂家产品;选用工作频率高的芯片,以降低周边电路的应用成本;选用封装小的芯片,以满足便携产品对体积的要求;选用技术支持好的生产厂家,方便解决应用设计中的问题;选用产品资料齐全、样品和DEMO易于申请、能大量供货的芯片;选用性价比好的芯片.LDO线性低压差稳压器LDO线性低压差稳压器是最简单的线性稳压器,由于其本身存在DC无开关电压转换,所以它只能把输入电压降为更低的电压.它最大的缺点是在热量管理方面,因为其转换效率近似等于输出电压除以输入电压的值.LDO电流主通道在其内部是由一个MOSFET加一个过流检测电阻组成,肖特基二极管作反相保护,输出端的分压电阻取出返馈电去控制MOSFET的流通电流大小,EN使能端可从外部去控制它的工作状态,内部还设置过流保护、过温保护、信号放大、Power-OK、基准源等电路,实际上LDO已是一多电路集成的SoC.LDO的ESD>4KV,HBM ESD>8KV.低压差稳压器的应用象三端稳压一样简单方便,一般在输入、输出端各加一个滤波电容器即可.电容器的材质对滤波效果有明显影响,一定要选用低ESR的X7R & X5R陶瓷电容器.LDO布线设计要点是考虑如何降低PCB板上的噪音和纹波,如何走好线是一个技巧加经验的工艺性细活,也是设计产品成功的关键之一.图1说明了如何设计走线电路图,掌握好电流回流的节点,有效的控制和降低噪音和纹波.优化布线方案是值得参考的.图1:LDO布线电路方案如果一个驱动图像处理器的LDO输入电源是从单节锂电池标称的3.6V,在电流为200mA时输出1.8V电压,那么转换效率仅为50%,因此在手机中产生一些发热点,并缩短了电池工作时间.虽然就较大的输入与输出电压差而言,确实存在这些缺点,但是当电压差较小时,情况就不同了.例如,如果电压从1.5V降至1.2V,效率就变成了80%.当采用1.5V主电源并需要降压至1.2V为DSP内核供电时,开关稳压器就没有明显的优势了.实际上,开关稳压器不能用来将1.5V电压降至1.2V,因为无法完全提升MOSFET(无论是在片内还是在片外).LDO稳压器也无法完成这个任务,因为其压差通常高于300mV.理想的解决方案是采用一个VLDO稳压器,输入电压范围接近1V,其压差低于300mV,内部基准接近0.5V.这样的VLDO稳压器可以很容易地将电压从1.5V降至1.2V,转换效率为80%.因为在这一电压上的功率级通常为100mA左右,那么30mW的功率损耗是可以接受的.VLDO的输出纹波可低于1mVP-P.将VLDO作为一个降压型开关稳压器的后稳压器就可容易地确保低纹波.开关式DC/DC升降压稳压器开关式DC/DC升降压稳压器按其功能分成Buck开关式DC/DC降压稳压器、Boost开关式DC/DC升压稳压器和根据锂电池的电压从4.2V降低到2.5V能自动切换降升压功能的Buck-Boost开关式DC/DC升降压稳压器.当输入与输出的电压差较高时,开关稳压器避开了所有线性稳压器的效率问题.它通过使用低电阻开关和磁存储单元实现了高达96%的效率,因此极大地降低了转换过程中的功率损失.Buck开关式DC/DC降压稳压器是一种采用恒定频率、电流模式降压架构,内置主(P沟道MOSFET)和同步(N沟道MOSFET)开关.PWM控制的振荡器频率决定了它的工作效率和使用成本.选用开关频率高的DC/DC可以极大地缩小外部电感器和电容器的尺寸和容量,如超过2MHz的高开关频率.开关稳压器的缺点较小,通常可以用好的设计技术来克服.但是电感器的频率外泄干扰较难避免,设计应用时对其EMI辐射需要考虑.图2给出了Buck开关式DC/DC应用线路设计,需要注图中粗线的部分:粗线是大电流的通道;选用MuRata、Tayo-Yuden、TDK&AVX品质优良、低ESR的X7R & X5R陶瓷电容器;在应用环境温度高,或低供电电压和高占空比条件下(如降压)工作,要考虑器件的降温和散热.必须注意:SW vs. L1距离<4mm;Cout vs. L1距离<4mm;SW、Vin、Vout、GND的线必须粗短.要得到一个运作稳定和低噪音的高频开关稳压器,需要小心安排PCB板的布局结构,所有的器件必需靠近DC/DC,可以把PCB板按功能分成几块,如图3所示.1. 保持通路在Vin、Vout之间,Cin、Cout接地很短,以降低噪音和干扰;2. R1、R2和CF 的反馈成份必须保持靠近VFB反馈脚,以防噪音;3. 大面积地直接联接2脚和Cin、Cout的负端.图2:Buck开关式DC/DC应用线路设计DC/DC应用举例:1. APS1006为MCU/DSP核(Core)供电;2. APS1006应用于电子矿灯(图3);3. APS1046应用于0.8-1.8微硬盘供电(图4);4. APS1006、APS4070应用于智能手机(图5).图3:APS1006应用于电子矿灯图4:APS1046应用于0.8-1.8微硬盘供电图5:APS1006、APS4070在智能手机上的应用电荷泵及其应用技巧电容式电荷泵通过开关阵列和振荡器、逻辑电路、比较控制器实现电压提升,采用电容器来贮存能量.电荷泵是无须电感的,但需要外部电容器.工作于较高的频率,因此可使用小型陶瓷电容(1μF),使空间占用最小,使用成本低.电荷泵仅用外部电容即可提供±2倍的输出电压.其损耗主要来自电容器的等效串联电阻(ESR)和内部开关晶体管的RDS(ON).电荷泵转换器不使用电感,因此其辐射EMI可以忽略.输入端噪声可用一只小型电容滤除.它输出电压是工厂生产时精密予置的,调整能力是通过后端片上线性调整器实现的,因此电荷泵在设计时可按需要增加电荷泵的开关级数,以便为后端调整器提供足够的活动空间.电荷泵十分适用于便携式应用产品的设计.从电容式电荷泵内部结构来看,它实际上是一个片上系统.电荷泵是一种无幅射的有效升压器件,它不使用电感器而使用电容器作为储能器件.在设计应用时需要注意电容器的容量和材质对输出纹波的影响.外部电容器的容量关系到输出纹波,在固定的工作频率下,太小的电容容量,将使输出纹波增大.输出纹波大小与电容器材料介质有关,外部电容器的材料类型关系到输出纹波.同一电荷泵,使用相同的容量和尺寸而不同材料类型的电容器,输出纹波的结果.在工作频率固定,电容器容量相同的情况下,优良的材料介质,将有效地降低纹波.选用低ESR的X7R & X5R陶瓷电容器是一种比较好的选择.LCD Module(LCM)是目前CP、MP3/MP4、PMP需求量较大的产品,在有限的PCB面积上,需要按装LCD屏、数码相机的镜头和闪光灯、音频DAC等器件,因此它需要封装很小的多芯片组合的电源模块(MCM),以减小电源IC所占PCB的面积,而手机产品又要求这些电源IC对RF几乎无干扰.电池充电管理芯片和锂电池保护IC锂电池充电IC是一个片上系统(SoC),它由读取使能微控制器、2倍涓流充电控制器、电流环误差放大器、电压环误差放大器、电压比较器、温度感测比较器、环路选择和多工驱动器、充电状态逻辑控制器、状态发生器、多工器、LED信号发生器、MOSFET、基准电压、电源开机复位、欠电压锁定、过流/短路保护等十多个不同功能的IC整合在一个晶元上.它是一个高度集成、智能化芯片.锂电智能充电过程:涓流充-->恒流充-->恒压充-->电压检测,因此电路设计的关键是要做到:充分保护、充分充电、自动监测、自动控制.锂电池保护电路是封装在锂电池包内的,它由一颗锂电池保护IC和二颗MOSFET组成.在图6中,OD代表过放电控制;OC 代表过充电控制;P+、P-接充电器;B+、B-接锂电池.锂电池保护电路简单工作原理如下:正常装态M1、M2均导通;过充电时M2 OC 脚由高电位转至低电位,电闸关闭,截止充电,实现过充电保护;充电电流方向P+-->P-;过放电时M1 OD脚由高电位转至低电位,电闸关闭,截止充放电,实现过放电保护;放电电流方向P- -->P+.图6:锂电池保护电路锂电池保护电路的PCB板是很小的,设计时必须注意:1. MOSFET尽可能接近B-、P-;2. ESD防护电容器尽可能接近P+、P-;3. 相邻线间距>0.25mm,通过电流大的线要放宽,地线加宽.电源管理芯片的低功耗OMAP系统设计随着半导体设计和制作工艺技术的不断提高,电路板上的期间运行速度将更快,体积将更小.供电系统要求更多的种类的电压、更低的供电电压和更大的供电电流电源设计不再仅仅局限于提供电流、电压和监控温度,还必须诊断电源供应情况、灵活设定每个输出电压参数.普通的模拟解决方案难以满足这些需求.数字电源的目标就是将电源转换与电源管理用数字方法集成到单个芯片中,实现电源转换、控制和通信.数字电源实现了数字和模拟技术的融合,具有很强的适应性和灵活性,具备直接监视、处理及适应系统条件的能力.数字电源还可通过远程诊断确保持续的系统可靠性,实现故障管理、过压过流保护、自动冗余等功能.但是数字电源不比传统的模拟电源效率更高,而且成本一般较高.目前数字电源需要大滤波器,这使其工作效率比模拟电源低.本文介绍一种在嵌入式数字信号处理器(DSP)OMAP5912上使用简单的数字电源实现系统低功耗设计的方法.使用TI公司的电源转换和电压监控芯片TPS65010实现对DSP系统各种状态的检测.在不同状态下输出不同的供电电压,减小供电电流,实现整个系统的低功耗运行.该设计方法适用于各种低功耗要求的手持电子设备.TPS65010是TI公司推出的一款针对锂离子供电系统的电源和电池管理芯片.TPS65010集成了2个开关电源转换器Vmain和Vcore、2个低压差电源转换器LD01和LDO2以及1个单体锂离子电池充电器,非常适合手持电子设备的应用要求.当12 V直流电源适配器接通时,芯片无需开关电路.在实际使用中,Vmain可以提供2.5～3.3 V电压,Vcore可以提供O.8～1.6 V 电压,LD01和LDO2可以提供1.8～6.5 V电压.各个不同电压下的电流一般可以达到400 mA,满足大部分手持设备的需求.可以通过I2C总线对TPS65010的各种寄存器进行设置,也可以通过通用的引脚将重要的信息通知TPS65010,例如可以通过LOW_POWER 引脚使TPS65010输出低功耗模式下的工作电压.OMAP5912是TI公司推出的嵌入式DSP,具有双处理器结构,片内集成ARM和C55系列DSP处理器.TI925T处理器基于ARM9核,用于控制外围设备.DSP基于TMS320C55X核,用于数据和信号处理,提供1个40位和1个16位的算术逻辑单元(ALU).由于DSP采用了双ALU结构,大部分指令可以并行运行,工作频率达到150 MHz,并且功耗更低.C55和ARM可以联合仿真,也可以单独仿真.OMAP5912内部专门配置了超低功率设备(Ultra Low Power Device,ULPD).ULPD模块内部结构如图1所示.从图1可以看出,ULPD模块主要由复位管理器、FIQ管理器以及睡眠模式状态机组成.片内ULPD和OMAP5912芯片内部的复位产生模块以及芯片IDLE和唤醒状态控制器相连接.片外ULPD的复位管理器负责检测上电复位和手动复位,并将片内的复位信号输出;FIQ管理器专门用于检测电池电压,一旦出现电池电压低于或高于系统要求,或者电池电源质量不高(纹波较大、过冲较大、瞬间脉冲较大)等,FIQ管理器将中断系统工作;睡眠模式状态机负责检测和输出不同的工作方式,在不同的工作方式下将提供不同的电压和电流,从而降低系统功耗.共有3种睡眠模式:正常工作模式、Big Sleep模式和Deep Sleep模式.2 系统硬件结构较完整的手持设备系统主要由OMAP5912、TPS6501O、AD/DA、LCD、SDRAM、人机接口以及Flash组成.其硬件连接如图2所示.图中,DSP是核心控制单元;AD用于采集模拟信号,并将其转变成数字信号;DA将数字信号转换成模拟信号;人机接口主要包括键盘接口.Flash保存DSP所需的程序,供DSP上电调用.此外,使用DSP的HPI接口连接到PC机.TPS65010和OMAP5912的连接是实现系统低功耗设计的关键,具体硬件连接如图3所示.TPS650lO可以提供OMAP5912所需的各种电压,但是核心运算单元需要的CVDDA以及重要外设需要的DVDD4由TPS7620l从Vmain电压转换得到.具体的TPS76201的硬件连接如图4所示.TPS7620l将Vmain的3.3V电压转换成1.6 V提供给OMAP,只要Vmain的电压不低于1.8 V,TPS76201都将稳定地输出1.6 V电压,以确保OMAP在任何情况下,即使是深度睡眠状态,核心运算单元和重要的外设都有稳定的电源保证.注意,如果不要求OMAP系统的低功耗设计,CVDDA和 DVDD4可以直接连接到Vcore.TPS65010的Vcore输出1.6 V电压提供给OMAP的其他核,这些核电压在低功耗状态下均可以降低到1.1 V.TPS65010的VLDO1和VLDO2输出2.75V电压提供给OMAP的其他外设,这些电压和常规的3.3 V存在一定的电压差,但不影响数据传输.一般情况下,高电平只要达到2 V以上就可以了;低功耗状态下,VLDO1和VLDO2都降低到1.1 V.使用2个LDO给不同的外设提供电压,是为了在Big Sleep状态下关闭某些外设并同时能够使能其他外设.如果不进行低功耗设计,可以使用同一个LDO提供电压.TPS65010的I2C总线连接到OMAP,便于OMAP对TPS65010的寄存器进行设置.TPS65010的RESPWRON引脚连接到OMAP 的Power_Reset引脚,上电复位后由TPS65010复位OMAP;TPS65010的LOWPWR引脚连接到OMAP的LOW_PWR引脚,OMAP进入低功耗状态由该引脚通知TPS65010,TPS65010将设定的各种电压降低,从而降低系统功耗.4 OMAP5912的低功耗软件设计OMAP5912有3种工作模式,分别为正常工作模式、Big Sleep模式和Deep Sleep模式.正常工作模式下,使能所有的内部时钟和外部时钟以及引脚,此时系统功耗最大,TPS650lO也按照正常工作方式供电.低功耗模式下,随时判断是否有芯片IDLE 请求,如果有则进入Big Sleep模式.在Big Sleep模式下,进一步判断是否有外部时钟请求,并根据情况进入Deep Sleep模式.在系统正常工作方式下,如果不需要进行低功耗设计,以上软件无需加入到应用程序中.进行低功耗设计时,就需要对OMAP的各种工作状态进行判断,要在应用程序中加入LOW_PWR信号使能、关闭DSP核、激活并设置唤醒事件、关闭ARM核、激活并设置深度睡眠等软件代码.5 总结本文详细介绍了基于TPS65010和OMAP5912的低功耗系统设计.使用TPS65010的多个电源输出引脚给OMAP的不同单元供电,以便在OMAP的不同工作模式下改变电压输出,降低系统功耗.OMAP根据自身的软件运行情况,随时调整工作模式,并通知TPS65010,使得软件和硬件在低功耗设计上得到互通.该设计方法适用于各种对功耗要求较高的电子设备.高级电源管理芯片FS1610及其应用Fsl610是一款采用专利数字技术生产的高级电源管理控制器件,该器件可为数码相机、智能手机、个人PDA和笔记本电脑等移动设备提供完全可编程的电源系统解决方案.与传统的电源管理方法相比,FSl610能节约20～40%的PcB面积,此外,其完全可编程的专利数字技术.还能极大缩短研发周期.加快产品上市进程.1 FSl610的主要功能IS1610内部的电压检测主要针对的是FSl610芯片的供电输入,而器件的输出则包括8个高效开关电源和3个低功耗LDO,表l所列是其电源输出列表.需要注意的是,FSl610的输出电压和电流都会受到输入电压、电感、电容以及外部诸多元件因素的影响.l 1电源输出FSl610提供有8个开关电源.3个LDO电源和1个始终开启的电源.对这些电源输出的控制一般有三种方式:其一是通过外部的PWREN使能输人引控制;其二是通过串行命令在使用过程中根据具体情况进行控制;第三则是按照EEPROM中的设置程序来执行.FS1610的电源输出主要用于降压转换、升压转换、白光LED驱动、低压差稳压、负升压转换和电池供电等.图I所示是用FSl610来驱动白光LED的驱动电路.1.2电源输入FSl610的供电电压范围是2.8～5.5 v.图2所示是S1610的供电输人以及AC适配器和电池之间的切换电路.其中VMAIN 为主电池比较器输入,用来直接监测电池的状态;VIN为主电源供电输入;DBOUT用于断开电池的输出,将它连接到一个外部的P 通道MOSFET,可当检测到电池的无电状态(DB)或者AC适配器有输入时,由该输出置位断开电池和主电源的连接;BATBU为备用电池输人,一般情况下,为了能使芯片正常操作,在BATBU输入引脚上一定要有电压;VBAT为始终开启的供电输出,可由内部开关控制,当SW[2]有效且稳定时,可将SW[2]连接到VBAT来提供电压;否则由BATBU给VBAT提供电压.1 3其他功能FSl610内有一个非易失存储器NVM(EEPROM),可用于保存启动的配置信息,这些信息包括通道电压、通道使能,禁止、个电源的开关顺序以及实时时钟、看门狗、中断等信息.FSl610可通过晶体时钟提供实时时钟的操作.而其可编程报警器则可向CPU发出中断.FSl610片内还集成有一个看门狗定时器,可通过EEPROM编程设置,其定时时间达32s,时间间隔是1ms.但是,由于达到定时时间时,芯片就会复位,所以,为了避免这种情况的发生,主机必须在程序设置的定时周期结束之前,对WDT进行复位.FSl610应由32.768 kHz晶振、或者具有合适的频率和电压的时钟源来为芯片提供内部时钟.而器件的CLKOUT输出引脚则能为外部提供32.768 kHz的输出.FSl610的nEXTON开关输人端一般连接到瞬间接触开关上,可用来控制芯片的开/关.FSl610分别为不同类型的处理器设计有两个复位输出nIRSTO和nRSTO,而手动复位输入nRSTI则主要用来启动一个硬件复位,以作为主机CPU的系统复位信号.FSl610在需要的情况下可提供中断,并向主机发出警报.这些警报包括低电压,电源通道故障,RTC警报等.同时可以通过串行命令来对中断进行操作.2 Fsl610的内部结构原理图3是FSl610模块的内部结构示意图.由图可见,FSl610以电源管理控制器为核心,可为外部设备提供丰富的电源通道.另外,配合电源管理.FSl610还提供有非易失性存储器NVM、实时时钟RTC、看门狗定时器WDT、中断、复位等系统控制模块.3工作模式FS1610有两种操作模式,分别为串行模式和独立模式.FSl610芯片片可通过I2C、SPI和ART串口来接受主机的控制和管理,也可以在启动后根据EEPROM加载的参数独立工作.低功耗是FSl610的最突出优势之一.该芯片上的各个功能模块在不需要操作时都可以关闭.已进人休眠状态.FSl610会根据不同的环境条件在5种电源状态下自动切换,以使功耗最小化.这5种状态分别为:无电(NOPOWER)状态、关断(SHUTDOWN)状态(即SD状态)、就绪(READY)状态、工作(ACTIVE)状态、低功耗(LOWPOWER)状态.设计时.可以对FS31610的多路电源进行灵活的配置和控制.除了对单个电源通道的开/关操作之外.还可以对电源通道进行分组,然后对各电源组进行操作.电源的启动和关闭顺序,也可以设置存储在EEPROM中,以便主机在操作的过程中来控制.FSl610对芯片提供有可能出现的各种故障的监测和管理.这些监测包括:受监测电源正常状态、电源通道故障、电池电压和备用电池监测、热关断、中断.此外,FS1610芯片还可根据EEPROM中的设置,对监测到的不同状态进行不同的操作.4基于FSl6l0的导航仪供电系统FSl610的多电源输出和电源管理功能在便携式设备中应用非常方便.图4是FSl610电源管理控制芯片在基于Sumsang 公司的ARM9处理器S3C2440的导航仪上的供电电路.根据系统的设计要求,该导航仪除了具有基本的GPS导航功能外.还需要高分辨率的液晶屏支持.为此,该系统选用的是LCD模块,该模块是已经包含了背光和控制电路的液晶屏,但需要+3.3 v和+5 v供电.表2所列出是该导航仪系统的电源需求.由于该导航仪通常是采用电池供电,故需要最小化的功率消耗,而且要求各外设都要由系统控制.在图4中用FSl610对导航仪系统进行供电的电源分配方案中,需要注意的是,LCD背光需要400mA电流的+5v供电,而FSl610的升压电路不能提供这么大的电流,因此,设计时应用一个外加的升压电路来提供LCD的背光电源.5结束语本文介绍了高级电源管理控制芯片FS1610的原理和功能,给出了一个FSl610在基于ARM9处理器S3C2440设计的导航仪上的应用方案.采用该方案进行供电的导航仪,不但可以自由控制各个模块电源的开和关,而且可以在不需要的时候关闭模块,以便最小化整个系统的功耗.与传统的方法相比,选用FSl610不但可以明显节省电路板面积.提供更多的通道电压.而且控制也更加灵活电源管理芯片在以太网供电中的应用什么是以太网供电?术语"以太网"是指 IEEE802.3 标准涵盖的各种局域网 (LAN) 系统.以太网协议是在工作场所,通过高速数据电缆将台式 PC 与中央文件服务器连接起来的协议.任何连接到以太网端口的设备,如数据终端、无线接入点、网络摄像机 (web cam) 或网络电话等,都需要通过电池或独立 AC 插座为自己供电.而更为优雅的方法则是能够向连接到以太网的任何设备同时传输电源和数据.如果这种传输方式能够利用现有的以太网布线,则可以保持 100% 的历史兼容性,那将再好不过了.这正是IEEE802.3af 规范中定义的以太网供电 (PoE) 标准所提供的内容.这一新标准于 2003 年 6 月由 IEEE 批准,是通过以太网发送和接收电源信号的标准.PoE 的优点在于:由于每个设备只需要一组连线,因此每个设备的布线更为简单和便宜;免去了 AC 插座和适配器,使工作环境更安全、整洁,成本也更低;可轻易地将设备从一处移至另一处;无间断电源可确保在 AC 电源断电时继续为设备供电;可对连接到以太网的设备进行远程监控.正是这些优点使得以太网供电成为一项从本质上改变了低功耗设备供电方式的全新技术.但就目前而言,推动 PoE 总有效市场增长 (TAM, Total Available Market) 的主力是两类用电设备:无线 LAN 接入点和 VoIP(网络语音)电话.至 2007 年,前者的复合年增长率 (CAGR) 为 38%,达 1500 万个(来源:iSuppli),而支持后者的企业网预计将达到 300 万个.对用电设备的这种需求反过来将推动现有以太网交换机向支持 PoE 功能转移的需求.这是通过使用"中继"(midspan) 来实现的,如图1所示.这些单元的增长至 2007 年预计将达到 800 万,增长率为 68%.在图1的示例中,源头的以太网交换机通过一个"中继"以太网供电集线器将电源"注入"局域网的双绞线电缆来提供 PoE 功能.新的以太网交换机将集成该"中继",从而实现向通过高速数据电缆连接的用电设备 (PD) 供电.这些用电设备可以是网络摄像机 (web cam)、网络语音电话、无线局域网接入点和其他电器设备.不间断电源 (UPS) 将提供备用电源,以防市电断电.电源管理器件用于转换电压和电流,可以用在以太网交换机中,以太网供电"中继"集线器中,以及位于用电设备中的DC-DC 转换单元中.下面各段将对这些功能中的每个功能分别进行讨论.。

viper28L

VIPER28低待机功率开关电源转换器原理与应用收藏 | 分类: | 查看: 52 | 评论(0)摘要：VIPER28是ST公司生产的一种集PWM控制器和800V高压功率MOSFET于同一芯片上的离线转换器，待机功率低于50mW，适用于机顶盒、DVD播放机、录音机开关电源和低/*率适配器以及ATX、消费类与家用设备的辅助电源和LED照明电源。

1、概述意法半导体（ST）公司推出的离线（off-line）高压变换器系列IC又增加了一个新的成员——VIPER28。

这种新型器件是一种将800V 功率MOSFET和高性能低压PWM控制器组合在一起的IC。

VIPER28其它功能和电路主要有两电平过电流保护、过电压和过载保护、滞后热保护、软启动和故障解除之后的自动重新启动。

突发（burst）模式操作和非常低的功率消耗满足待机（standby）节能规范。

先进的频率抖动可以降低电磁干扰（EMI）滤波器的成本。

高压启动电路已嵌入到芯片上。

VIPER28的工作频率有60KHz（VIPER28LN）和115KHz （VIPER28HN）两种。

2、VIPER28的基本结构和引脚功能VIPER28主要由高性能低压PWM控制器和带电流感测的高压MOSFET两个部分组成，芯片电路组成如图1所示。

VIPER28的控制器电路包含带频率颤抖特性的振荡器、带软启动特征的启动电路、PWM逻辑、带可调设定点的电流限制电路、第二过电流保护电路、突发模式管理电路、额外电源管理（EPT）电路、欠电压锁定（UVLO）电路、自动重新启动电路和热保护电路等。

栅极驱动器驱动一个BV DSS≥800V、RDS（on）=7Ω（在25℃时）的N沟道功率MOSFET。

这种集成MOSFET由于带有各种无损耗电流感测特性，故被称为“SenseFET”。

VIPER28采用7引脚双列直插式（DIP）封装，外形与引脚排列如图2所示。

VIPER28的各个引脚功能见表1。

3、主要性能与特点VIPER28的主要性能与特点有：（1）集低压PWM控制器与800V的SenseFET与同一芯片上，仅需外加少量元件，即可构建高性能的宽范围AC输入的反激式离线转换器。

控制器低功耗的电源管理芯片

控制器低功耗的电源管理芯片
摘要：
1.控制器低功耗的电源管理芯片的概述
2.控制器低功耗的电源管理芯片的优点
3.控制器低功耗的电源管理芯片的应用领域
4.控制器低功耗的电源管理芯片的发展前景
正文：
一、控制器低功耗的电源管理芯片的概述
控制器低功耗的电源管理芯片，是一种在微控制器系统中负责电源管理的集成电路。

它的主要作用是监控和控制微控制器的电源状态，以确保微控制器系统在各种工作状态下都能拥有稳定、可靠的电源供应。

二、控制器低功耗的电源管理芯片的优点
1.低功耗：控制器低功耗的电源管理芯片采用了先进的低功耗设计技术，可以在微控制器系统运行时大大降低功耗，提高系统的续航能力。

2.高效率：控制器低功耗的电源管理芯片具有高效的电源转换效率，可以有效地减少能源损耗，提高系统的能源利用率。

3.稳定性：控制器低功耗的电源管理芯片具有稳定的电源输出能力，可以在微控制器系统运行时提供稳定、可靠的电源供应，保证系统的正常运行。

三、控制器低功耗的电源管理芯片的应用领域
控制器低功耗的电源管理芯片广泛应用于各种电子设备中，如智能手机、平板电脑、智能穿戴设备、智能家居设备等。

在这些设备中，控制器低功耗的
电源管理芯片负责监控和控制微控制器的电源状态，以确保设备在各种工作状态下都能拥有稳定、可靠的电源供应。

四、控制器低功耗的电源管理芯片的发展前景
随着科技的发展，人们对电子设备的要求越来越高，不仅需要设备具有更强的功能，也需要设备具有更长的续航时间。

因此，控制器低功耗的电源管理芯片的发展前景十分广阔。

电源管理芯片有哪些

电源管理芯片有哪些电源管理芯片是一种用于管理和控制电源供应的集成电路。

它通常用于电子设备中，如手机、平板电脑、笔记本电脑、智能家居设备等，用于监测和管理电池的充电和放电过程，提供电信号转换和通信接口等功能。

以下是一些常见的电源管理芯片和其功能的介绍。

1. TI BQ25890：这是一款具有高度集成度的电源管理芯片，主要用于与锂离子电池相关的应用。

它可以实现快速充电、电池保护和温度监控等功能。

2. MAX17041：这是一款用于锂离子电池监测和管理的集成电路。

它可以实时监测电池的电量、电压和温度等参数，并提供通信接口，可以与MCU进行通讯。

3. ON Semiconductor NCP372：这是一款高度集成的电源管理芯片，主要用于移动设备、便携式医疗器械和智能家居等应用。

它具有高效的能量转换和快速充电功能。

4. Maxim MAX17135：这是一款用于锂电池充电和保护的集成电路。

它可以支持高速充电和充电过程中的电池保护功能，同时还可以监测电量和电压。

5. Dialog DA9052：这是一款低功耗的电源管理芯片，主要用于便携式设备和物联网应用。

它具有多种电源管理功能，可以提高电池寿命和延长待机时间。

6. TI BQ24070：这是一款用于LiFePO4锂电池充电管理的集成电路。

它具有高度集成的功能，包括充电控制、电流限制和温度监测等。

7. Richtek RT9455：这是一款具有高度集成度的电源管理芯片，可以用于一次性电池和可充电电池的管理。

它具有多种保护功能，如过充保护、过放保护和过温保护等。

8. Maxim MAX77650：这是一款高效节能的电源管理芯片，适用于可穿戴设备和便携式消费电子产品。

它可以提供高效的能量转换和充电管理功能。

9. STMicroelectronics STBC08：这是一款专用于锂离子电池充电和保护的电源管理芯片。

它具有高度集成的功能，可以提供电流限制、温度监测和电池状态报告等。