便攜式電源管理設(shè)計

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1、甬橈式用遞管 1膛汁 袁林 2009.09.24 2 I廠 -r rl/l 3 # 主要類型電源管理說明 r- l # # 二、主要類型電源管理比較 考"g系統(tǒng)電源設(shè)說討論便攜式電源管理一般理論及實踐知識。一般使用3種 器件，LDO、DC-DC和Charge Pump。 DC-DC穩(wěn)壓器 DC-DC穩(wěn)壓器-般都采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）技 其特點是頻率高，效率高。 穩(wěn)壓器按其功能分成Buck式DC-DC （Step- 嬖 三［- down）、Boost式DC-DC （Step-up）和Buck

2、- Boost 式DC-DC。當(dāng)輸入與輸出的電壓差較高時， 通過使用低電阻開關(guān)和磁存儲單元實現(xiàn)高達85%以 上的效率，因此可以極大地降低了轉(zhuǎn)換過程中的功 率損失。 丿「2, LD9 統(tǒng)(勿⑦ 便用梟有低在線昜萼曲阻F學(xué)肚磁翊歸勞或玉勰管」〔 能降圧使用勺 欝二Piarge Pump ^容式電荷泵通過開關(guān)陣列和振蕩器、邏輯電路、比較控制器實現(xiàn)電壓 -匚 提升；采用電容器來貯存能量。具不僅可升高或降低輸入電壓，而且還 二一一訶用于產(chǎn)生負電壓。電荷泵是無須電感的，但需要外部電容器。能夠提 =七供90%以上的效率。 根據(jù)其控制方式，這種結(jié)構(gòu)的輸岀電壓只能是輸入電壓的倍數(shù)，利用內(nèi)

3、部開關(guān)和外部飛電容(flying capacitor)能夠獲得輸入電壓的2倍、1.5 倍或倍等電壓輸出。 在手機等手持式設(shè)備上使用較多的是PMU器件。 PMU電源管理器件 PMU (POWER MANAGEMENT UNIT)也就是電源管理 闢購簇成應(yīng)很高,內(nèi)部主要由多路不同類型的DG DC和多路LDO組成，還可能集成了其他功能，如 jJoWER ON/OFF> ADC、DAC、AUDIO、RTC、GPIO、 「汽 LCD、CAMERA、LED等。上電時有默認(rèn)值，可通過 J， CPU對其進行修改相關(guān)配置，從而改變相關(guān)輸入輸出值 二一-或功能，內(nèi)部具有上電時序控制，也具有進入不同工

4、一二-作狀態(tài)模式等功能。非常適用于電池供電、對小尺寸 -一空間有要求的便攜式產(chǎn)品上。 8 * 轉(zhuǎn)換器內(nèi)部由誤差放大器、內(nèi)部參考源、電“ fOii器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、晶體管、電流保護、 魔護、溫度保護等電路組成。 FB/OUT EM O.SV TO 3 3V PGWD V VBAT7 丄 2.7V TO 土 S.5V 1 r^ODE -?FIXED ADJUSTA^ILE NON -4r OVERLAPPING DRIVERS f IV AVIM THERMAL SHUTDOWN 2

5、 10 vout>vii 4 十 0 + 2/L2.2 R < Vo 膏理說明 _ 心給負載供電，同時電感儲 部分能量，然后將電源斷開，只由電感 給負載供電。如此周期性的工作，通過調(diào)節(jié) 護 電源接通的III對時I川來實現(xiàn)輸111 I Wk的調(diào)IJ o 膨.2、DODCSTEP_UP升壓型(Boost) 負二 DC-DC內(nèi)部晶體管的導(dǎo)通,會引起通過外部 「電感的電流增加；而內(nèi)部晶體管的斷開,會 匡壬八促使電流通過二極管流向輸出電容，因儲存 ■來自電感的電流,多個開關(guān)周期以后輸出電

6、養(yǎng)三?一容的電壓升高，結(jié)果輸出電壓髙于輸入電壓。 $花3、DODC 升降壓型(Buck-Boost) * 、打品體管Q1導(dǎo)通、Q3斷)F時電感存儲-部分 ■—」 能城口.同時通過1極管D4給負載供電，電容 被充電儲能；當(dāng)Q1斷開、Q3斷開時，只由電 --感通過D4、D2給負載供電。此模式即為Buck 降壓類型。 當(dāng)Q1> Q3都導(dǎo)通時電感存儲能量，不給負載 供電；當(dāng)Q1導(dǎo)通、Q3斷開時電感繼續(xù)存儲能 量，并且電源通過電感、二極管D4 ?起給負 載供電。此模式即為Boost升壓類型。 E ■ ■ LOAD

7、 12 — -^* ? ■— ■■ 一 ― F g^^UWC轉(zhuǎn)換器 2.1.3.1,工作原理： _ 隊閾合時,電源通過開關(guān)晶體管、電感L給負載供電，并將部分 銀存在電感L以及電容C中。由于電感L的自感，在晶體管接通 『電流增大得比較緩慢，即輸出不能立刻達到電源電壓值。一定時 _間后，品體管斷開，山于電感L的自感作用（可以比較形象的認(rèn)為電 晴Ifc中的電流有慣性作用），將保持電路中的電流不變，即從左往右繼 摩A續(xù)流。這電流流過負載，從地線

8、返回，流到續(xù)流二極管D的正極，經(jīng) 「過二極管D；返回電感L的左端，從而形成了一個回路。通過控制晶 -體管導(dǎo)通跟斷開的時間（即PWM——脈沖寬度調(diào)制），就可以控制 -輸出電壓。如果通過檢測輸出電壓來控制開、關(guān)的時間，以保持輸出 亠二亠電壓不變，這就實現(xiàn)了穩(wěn)壓目的。 2丁32、效率： - 效率可達到90%以上。 效率計算公式：n = V0Ut*l0Ut/（Vin* lin）*l00%o 效率計算比較復(fù)雜，效率值可參考DATASHEET獲得。 14 2/1.4. DC-DC功耘 2/1.4/J , U,DC轉(zhuǎn)逆功耗 15 # 財 4.Wj

9、 # 丿 2/]K 主尋I電涼管理說明 ——JJ伊虎 DC應(yīng)用電路 DC的應(yīng)用電路比較復(fù)雜，工作時需要電感、肖特基二 孰 二個作輸入、輸岀電壓退耦降噪的陶瓷電容器，甚 旨需要外加MOSFET晶體管。后都以降壓型為例進行相 faft「其他類型DODC類似。 簡單的DC-DC降壓應(yīng)用電路見下圖: ma”，— ■- ，-1—-~ f CIN 17 GND EN O 2 L1 sw_/YYY\—< VOUT FB

10、 3 17 明 根據(jù)而積耍求選擇相關(guān)封裝以及兼容性； 2.116.1.6, 2.1.6.1.7> ? 2.161.8、 ? 2.1.6.1.9> ? 2.1.6J.10> ? 2.1.6.1.1k 玉DC?DC選擇考慮因素 首先根據(jù)所要求的輸入電壓、輸出電壓、輸出電壓精度（高）、 輸出電流（降額使用）、高效率要求進行選擇； 礙瞳擇低靜態(tài)電流、低的品質(zhì)因數(shù)FOM= Rds（ON） * Qg ； 彳選用固楚電壓輸出； 可選擇高開關(guān)頻率以減少周邊器件空間及成本，但是不要接近信號工 根據(jù)要求選擇是否帶有開關(guān)控制的DC?DC轉(zhuǎn)

11、換器； 可考慮是否需要帶有過壓、過流、過溫保護； 考慮功耗，所設(shè)計的電路DC?DC轉(zhuǎn)換器的消耗盡量小，不要超過最 大允許功耗P^ax ； 周邊器件盡量少且?。ㄖ?、尺寸、價格）［； 考慮EMI、環(huán)保、溫度、工藝等其他參數(shù)； 某些情況下可能需要考慮啟動時間。 2」力2 D 2/1.6.2/] 9 9 電路要求 鋰電池供電設(shè)備如=3.4V-4.2V, V0Ut=1.2V5%, .out=400mA,根據(jù)需要可關(guān)斷輸出，無上電時序要求。 DC轉(zhuǎn)換器選擇 降低功耗，盡量使用高效率的轉(zhuǎn)換器，如80%以上，具有PWM和PFM； _ =盡量選用低的品質(zhì)因Rds（ON） Qq ； 逐名3、希出由

12、壓精度要小于或等于5 % ； g至必、「所選的最大輸出電流應(yīng)大于580mA以上（降額75%使用）； _ 導(dǎo)駁炫：2?5、選用低靜態(tài)功耗，選用低噪聲、低輸出紋波如帶有同步控制等功能； BE禱1詛?226、’選用小封裝、管腳嗎、常用封裝、具有兼容性封裝，如SOT-23-5等； 622孔 -?二一―—… 2.162.2.8、 2.16229、 2.1.6.2.2.10, 2.1.6.2.2.11, 2.1.6.2.2.12, 2.162213、 蘆為氓2君襲- 一 ?- : _ 選用帶有使能管腳的； 選用國定輸出，以減少面積和成本，增加可靠性； 選用具有咼開關(guān)頻率； 選

13、用周邊器件數(shù)冃少、面積小、成本低、常用器件; 因無上電時序要求，故可不考慮DC?DC啟動時間； 考慮使能控制電平范圍； 考慮溫度、環(huán)保因素； 2.1.6.2.2.15,可考慮帶有過壓、過流、過溫保護、ESD、最大允許功耗等。 21 戸-務(wù)丿整嚴(yán)1乃愆眄工|閆沁 丨?乙刑叼kOU巴那『口丁曠7丁|什寸片口|口耳叉丿J占七廠 ]00/81%* (1-81% ) =112.59mW,而最人允許功耗(125-85) /250= 160mWa 足要求。 Symbol VrEP TP6O31 2.7V to 5.5V OA to 600 mA -309 to +1259 -30C

14、 to +85C Typ Min 0.083 %/mA 0.0010 TP6O04 &ND ? 2.7V s VIN V 5.5V Io ■ 100 mA 100 mA 5 Iq S 600 mA VIN ■ 3.6V Condition Io = 10mA l^C02 C6O22 lOur — L6007 4.7UH 1V2D Units % %/V SW FB 5 4 n__n (Noto 7) EN - 0V Operating Ratings (Notes 1, 2) Input Voltage Range (Note 11) Recomme

15、nded Load Current Junction Temperature (Tj) Range Ambient Temperature (TA) Range Parameter Feedback Voltage (Note 12, 13) Lino Regulation Load Regulation Inlomal RoforoncG VolUtg。 Shutdown Supply Current DC Bias Current into VIN Pin-Pin Resistance for PFET RdGCXM iN> IYil Logic Low Input I

16、 Enable (EN) Input Current InfAmnLOscillator Frequency Pin-Pin Resistance for NFET Sw^h Peak Current Limit Logic High Input No load, device is no! sxMtchina (FB=0V) sw = 200mA low = 200mA Open Loop (Note 0} PWM Mod 830 To 1.6 TMC03 1V2 Vin SW EN GND FB 0.4 0.01 1 mA V 2

17、2.6 MHz 丿 Efficiency vs. Output Current (Vout = 1?2V? L = 2.2uH, DCR = 200mQ) 100 =4 5V llllll 10 100 1000 OUTPUT CURRENT (mA) U LI U V1N GND EN 6ja Ta < 25VC (Power Rating) Ta = 60 C (Power Rating) Ta = 85 C (Power Rating) 1250 C/W (2 layer board) 400mW 260mW 160mW

18、 23 24 2/J.71D 2/J .7/1 日濾波電容、電感、反饋電阻或肖特基二極管或MOSFET晶體管或前饋電容組成。 入電容選擇 卿逸謝魄范圍、低等效串聯(lián)電阻(ESR)陶瓷電容器，越人越好，町根據(jù)DATASHEET選 輸入瞬態(tài)響應(yīng)及減少電源紋波。精度方而沒有特別耍求。耐壓應(yīng)滿足降額要求o 舒算公式：^-iout/(r cin)*(1- vout / vin)* vout / vin + iout* ESRmax

19、 EB AVin為輸入電壓紋波，f為開關(guān)頻率，ESF^x為電容有效電阻值。 二 選用陶瓷電容，X5R或X7R類型?？蓞⒖糄ATASHEET進行選擇。 輸出電容選擇 三應(yīng)當(dāng)選用寬范圍、低等效串聯(lián)電阻(ESR)陶瓷電容器。輸出電容器的基本選擇取決于 玄V 紋波電流、紋波電壓以及環(huán)路穩(wěn)定性等各種因素。增人輸出電容的容量有利于降低高頻輸 匸一 -站噪聲?？筛鶕?jù)其DATASHEET選擇。精度方面沒有特別要求。耐壓應(yīng)滿足降額要求。 *亠廣一理論計算公式廠AV0Ut 2 AIl/ (8* f * Cout) - 式中，AVout為輸出電壓紋波，f為開關(guān)頻率，Ml為電感紋波，這些參數(shù)可參考DATASH

20、EETo 選用陶瓷電容，X5R或X7R類型。可參考DATASHEET進行選擇。 2.1.7.3.肖特基二極管選擇 一 最大反向電壓須大于開關(guān)點處最大電壓； 所承受的峰值電流應(yīng)大于電感上流過的最人峰值電流，低的反向漏電流； 一 正向壓降應(yīng)越小越好，以使其高效率工作； 其開關(guān)速度要快?？蓞⒖糄ATASHEET進行選擇。 fsw) F擇(續(xù)) — (感選擇 ?低DC阻抗的電感，以提高轉(zhuǎn)換效率； 感. 飽和電流要大于工作時流過電感的最大峰值電流，達到降額要求； 相同感值和尺寸，一般未屏蔽的電感比屏蔽電感能承受更大的電流； 摩透擇竊看屏蔽的電感； 「電感值越大，電感電流紋波越小?？?/p>

21、參考DATASHEET進行選擇。 聲璉算公式:Lmin^V0Ut(max)*(Vin(max)-V0Ut)/ (Vin(max/ Kind* lout* 聲愍fsw為開關(guān)頻率， 三丁匚 為電感電流紋波值相對于最大輸出電流的系數(shù)。 一 二^相關(guān)參數(shù)可參考DATASHEETo 「然后再根據(jù)相關(guān)公式計算相關(guān)紋波，盡量減少輸出紋波。 暮芝?MOSFET晶體管選擇 :二-漏源電壓的最小額定電壓為：Vut+外部升壓二極管的Vf GS(th)： - 低閥值電壓VGS(th)； 低的漏?源極擊穿電壓BVdss，但耐壓要大于最大輸入電壓，即VDSS>Vin(max)； 低反向電容C「ss；具有快速

22、的開關(guān)時間； 漏極電流要大于或等于最大輸出電流，即怙> lout(max)； 低的品質(zhì)因數(shù)FOM= Rds(on)* Qg?？蓞⒖糄ATASHEET進行選擇。 二匸 2/1.7. UGUC周邊錯件選擇(統(tǒng) 氏謝電阻選:諂■一 3?電阻的衙度根㈣1娶八m 渤巒離幾 要選擇自辱邂g巒警|繞 電阻倍蓼比量邂輿巒甕側(cè)翩圈 J-WATA^M 圧丁給出 于 IB ?」 計算么?式：譏二 Vp/(-]->H-]/H2) ? 寬，保持足夠的相位裕量，以改善瞬態(tài)響應(yīng)。大的電容值能提供大的帶 寬，但如過大將導(dǎo)致環(huán)路頻域的增益穿越太高的值，而電容相位增量上 漲不夠，導(dǎo)致相位裕量超過可

23、接受范圍或不穩(wěn)定。其值應(yīng)小于30。相 位裕量時所對應(yīng)的值。按舍入法取值。 零點頻Wz=V(2* n*R1*Cf)； 極點頻$f =1/(2* n*Cf) * (1/R1+1/R2)； 式中，R1上偏壓電阻，R2下偏壓電阻。 fz>fpO前饋電容可根據(jù)經(jīng)驗值進行選取?？蓞⒖糄ATASHEET進行計算選擇。 28 29 2I.Z TP6001 Via 2/177/1，輸薩! TP6005 EN 3.4V42V C6019 T 4.7uF 二J二 TP6002 GND Via SW EN GND FB U6002 1 4 L6007

24、 4.7uH 1V2D 5 1 R6008 180K-1% R6009 13OK=1% C6021 20pF C6022 lOuF 二 丁“壬 TP6004 GND -DC-D 選的LM3674為例，可選固定輸出和可調(diào)輸出，為方便說明現(xiàn)選后者。 選擇：電容越人產(chǎn)生的紋波越小，參考DATASHEET, nJ選擇0603、X5R、6.3V 一 的4.7uF陶瓷電容； △ I L(max)= %/W (%?％)/(「fsw)W40% * lout : L^1.2/5.5 * (5.5-1.2)/(2*106*40%*0.4)^3uH,選擇標(biāo)準(zhǔn)值為4.7uH； 可選小

25、封裝貼片電感LQH43CN4R7M03,其飽和電流為750mA,滿足降額要求； 為降低輸出紋波，參考DATASHEET,可選用0603、X7R、6.3V的10uF陶瓷電容。 … 丄阻選擇：R1/R2 =1.2/0.5-1=1.4,根據(jù)DATASHEET選R1=180K土 1%, R2=130K1%; 躬、二箭襪電容選擇：根據(jù)DATASHEET, Cf=1/ (2* n*R1*45K) ~ 19.7pF,取20pF； " 可選用0402、X5R、50V的20pF陶瓷電容。 TP6003 IV2 # L L LL 路 F CB =3 ar 的工藝走愛扌 肖丄乙疋 :線時降噪性

26、能會受影響o濾 輾匯入地節(jié)點選擇不良時,由負載返回地的電流中，噪音和紋波都會增加。布局及走線 降導(dǎo)致EMI/EMC人人增人，以及效率降低，增加功耗和不穩(wěn)遲仏 瓏感彳右相關(guān)信號走線不合理也會大人增加EMI/EMCo最好對整個DC-DC電路進行屏蔽， it和干擾其他地方o RKf ＞輸入電容盡量靠近VI N和GROUND腳； 畫：| 盡量大的銅皮在VI N腳和GROUND腳處，以便散熱，多打地過孔到底平面上； 軽?上有不同地時,盡量使用一%地平面，如不能，則不同地盡量一點接地； 卡184、使開關(guān)節(jié)點如SW腳到電感，到輸出電容，到地之間的回路盡可能短； 「秀萸節(jié)點腳是低阻抗的熱傳導(dǎo)路徑處和

27、開關(guān)噪聲產(chǎn)生處，使用大的銅皮鏈接此腳，但不能太 彈匸二1大「否則會影響其他器件或其他管腳信號； 18.6、主要兩個電流回路（一個是輸入電容到VIN腳，至！J電感， 到電感，到輸出電容，至I」地）應(yīng)有相同方向的回流路徑， 一-內(nèi)，以減少回路面積； 以及增強抗干擾性; 2.1.8.7；電源線盡量寬，以減少因線阻抗增加所帶來的電壓誤差， ? 2.1.8.8、電壓反饋器件遠離電感和開關(guān)節(jié)點，信號走線遠離噪聲線，盡可能靠近轉(zhuǎn)換器在噪聲器件相反面 直接連接，這將減少因轉(zhuǎn)換器的反饋電壓帶來的EMI輻射，最好是轉(zhuǎn)換器件層與反饋走線層之間 有地層隔離； ? 2.189、可把DC-DCW換器放在板的

28、某個角落，用CMOS數(shù)字電路包圍它，然后在那對角相反角落放置敏 感的放大器和I F器件； ? 2.1.8.10、電感兩腳之間不要走線及鋪地。 到輸出電容，到地；一個是開關(guān)節(jié)點 且盡量靠近器件及相關(guān)腳，如5mm之 18 - ~相關(guān)PCB實例見下圖。 以 上 KJ 各冋路面積要盡量小 煉理國 3.4V-4 2V Viii - R60U& ISOKi TP6001 Vin TP6004 GND U6002 LM3674 TP6OO3 1V2 TP6OO： GND ( L6007 4.7uH 1V2D TP6005 C619 EN 集成PCB圖

29、 鹿層PCB圖 20 2.2, 丿m,貝閆低，警豳廻嚼ggj圏I 三極管，精密墓 ni OUT GND i ~ I vref I A Current Limit /Thermal Prote

30、ct io n —NC 22 23 # DO原理 迂作原理： LDO的工作原理是通過負反饋調(diào)整輸岀電 磕梗輸出電壓保持不變。 LDO是一個步降型的DC/DC轉(zhuǎn)換器，故Vg > V0Uto _ LDO輸入與輸出電壓關(guān)系要求：Vin三Vout+ A Vo N中△ V為LDO內(nèi)部導(dǎo)通壓降。 牙還2「222、效率: -—--骸率與軸入電壓和輸入電壓有養(yǎng)； 效率

31、也能達到90%以上。 效率計算公式：n = V0Ut/Vin* 100%o out |max= 其中, 砂o轉(zhuǎn)換功耗 骸2 .(Vin - vout) * I |K11> LDO實際功耗 %a = Win - Vout) * Lut + V“ TgND 驢由LDG最大允許功耗 max^- /Rqja 汀W二?「其中7 Tjmax為最大允許結(jié)溫度C , 一般為+125 C ; /?- Ta為環(huán)境溫度。C , 一般為+85 C ； Roja為封裝的結(jié)點熱阻c/w ,參考所選器件的DATASHEET。 Pa應(yīng)小于或等于Pmax。 25

32、 26 # 勺"乍輸f丿、Xffiji.rPiOIw305^fef # # Linear Regu la tor T GND out 27 丿 丿 2.2.5/1 . J 2」 、LDO選擇考慮因素 二首先根據(jù)所要求的輸入電壓、輸出電壓、輸出電壓精度、 F出電流（降額使用）、高效率和壓降要求進行選擇,選擇高輸 ?〕出電壓精度、小壓降； 仁2、然后盡量選擇低靜態(tài)電流、低噪音、高紋波抑制、高PSRR,可 _ - 選用帶有B

33、YPASS功能腳的以降低噪聲和紋波； 費逬3、-優(yōu)先選用固定電壓輸出； ? 2.2.5.1.5> 一 ? 2.2.5.1.6> ? 225.1.7、 ? 2.2.5.1.8> 丿 ■PI 22519、 根據(jù)面積要求選擇相關(guān)封裝以及兼容性； 根據(jù)要求選擇是否帶有開關(guān)控制的LDO； 可考慮是否需要帶有過壓、過流、過溫保護； 選用性價比高的LDO； 考慮功耗，所設(shè)計的電路LDO的消耗盡量小，不要超過最 大允許功耗Pmax ； 周邊器件盡量少且?。ㄖ怠⒊叽?、價格）； ? 2.2.5.1110>考慮環(huán)保、溫度、工藝等其他參數(shù); ? 2.2.5.1.1k某些情況下可能需要考慮啟動

34、時間。 29 out _ 1 in 22 選用小封裝、管腳少、常用封裝，如SOT-23-5等； 選用帶有使能管腳的LDO； 選用固定輸出LDO,以減少面積和成本，增加可靠性； 選用周邊器件數(shù)冃少、面積小、成本低、常用器件； 因無上電時序要求，故可不考慮LDO啟動時間； 考慮使能控制電平范圍； 考慮紋波、PSRR、溫度、環(huán)保因素； 考慮成本； 可考慮帶有過壓、過流、過溫保護、ESD、最大允許功耗等。

35、 鋰電池供電設(shè)備％ = 3.4V- 4.2V, Vout = 3.3V 1% , ■ out= 140mA,根據(jù)需要可關(guān)斷輸出，無上電時序要求。 選擇 輸入電壓3.6V,此時效率為3.3/3.6*100% = 92%, I 、要求壓降越小越好，因輸入最低可利用電壓為3.4V,而盛出曲壓要求在輸 ——出電流為140mA時仍為3.3V,所以此時的壓降應(yīng)小于0.1V才能滿足要求； _甕3、輸出電壓精度要小于或等于1%； _ -感2環(huán)-所選LDO的最大輸出電流應(yīng)大于200mA以上（降額70%使用）； 2.2.5.2.2.5、選用彳氐靜態(tài)功耗LDO； Ffe5^2?6、_ ? 22522.7、

36、 ? 22522.8、 ? 2.2.5.2.2.9、 ? 2.2.5.2.2.10, ? 2.2.5.2.2.11 > ? 2.2.5.2.2.12> ? 225.2213、 2.2.5.2.2.14, 31 -刁七才. 3V6 W3D IN OUT EN GND 100 Si 疋LDO U6002 TPS736OI 主要類型龜I譜理逆明 C?3 B PARAMETER TEST CONDITIONS MIN TYP MAX UNIT Vik Input voltage range11｝⑵ 1.7 5.5

37、 Vfb Internal reference (TPS73C01) Tj 二 *25C 1.198 1.20 1.210 V Output voltage (TPS73601)e) range 一 Vfb 55-V00 f VOUT Accuracy ⑴ <4) Nominal Tj = *259 -05 ?05 over VIN. Iour. ai)d T Vout-^OSV^V^^S.S 7、 10mAi Iout -^OOmA -1 0 0.5 *10 AVotiT%^AV|M Line r

38、egulation(1) Vo(nom> + 0 5V (VIN 二 vOUT(nom> 0.1V) Iout = 400mA 75 200 mV Output Impedance in dropout 1.7VsV,N；VOUT-.V00 0.25 Q [id Output current l

39、imit VOUT = 0 9 x Vovun^j 400 650 800 mA 3.6V s V：N m 4.2V. 09 M Tj s 訂09 500 800 mA j ?sc Short-circuil current Vout=OV 450 mA !rEv Reverse leakage current^ Him) Ven 玉 0 5V. 0V

40、0mA 800 1000 P八 ■sC>hi VEN<0 5V.Vovr^V,N<5 5. -Krc 蘭 Tj 三+ioo=*c 0 02 ma 、nuKJO\vn curreni ugndJ I Ifb FB pin current (TPS73601) 0.1 0.3 ma ^PSRR Power-supply rejection ratio f = 100H乙 lour = 400mA 58 (riDDle r election) 2 10KH乙 I。" = 400mA 37 cz Outp

41、ut noise voltage Cout 二 10pF, No Cnr 27xVOut BW= 10H2-100KH2 Cout = IOpF, Cnr 二 0.0 IpF 8-5 x Voyy MvRMSy tSTR Startup time ▽out 二 3V, Rl 二 30Q Cqut 二 1 pF, Cnr = 0 OlpF 600 PS Ven(HI) Enable high (enabled) 17 Wn y 1 Ven(LO) Enable low (shutdown) 0 0.5 V en(HI)

42、 Enable pin current (enabled) VEN = 6 5V 0 02 0.1 mA Tsd Thermal shutdown temperature ShuMown. lempeiBlure increasing *160 oQ Rset: temperature decreasing + 140 J Operating junction temperature -40 +125 C60J

43、" 2 EN CZZ 3 4 ~T~1 NRFB TPS 7362 >BV ? 1. 26?C / — 2 —- L -4 T 0-C a DROPOUT VOLTAGE vs OUTPUT CURRENT eo €0 40 20 50 100 150 200 350 300 350 400 PACKAGE Sa D8V 24^mW 3IOmW &TCNV A fimWr

44、?C* "■ f ? V V" 5 6mWZ;C DERATING FACTOR TA < 25 C 1\ ? 70 C TA - 35 C ABOVE Ta ?26 C POWER RATING POWER RATING POWER RATING 5^)mW 逛GAV isa aw J 仁 225mW 700 900 1000 000 200 100 0 — —- 一一 — -Vt4 = 6.5V —VW-4V

45、 —N-ZV GROUND PIN CURRENT vb OUTPUT CURRENT 100 26 3 # 呼印豬丿左效果穩(wěn)疋。一肢斕人電谷個仕u.iu卜以上，越入越好i以捉咼術(shù)人瞬念啊冋及減少 豪 封裝大小對LDO性能影響可忽略。精度方面沒有特別要求。耐用應(yīng)滿足降額耍求。 績僑、鑰山容、鋁電解if祁都町以

46、被選擇，對其ESR值沒冇特別耍求（越低越好）o 選用陶瓷電容，X5R或X7R類型，0.1uF以上。 一曜轟范圉、低價陶瓷電容器，使LDO在零到滿負荷的全部量程范圍內(nèi)穩(wěn)壓效果穩(wěn)定。 夫輸勵11容的容量或減輕輸出負載有利J -降低高頻輸出噪聲。 爾齬的ESR過高或過低都可能導(dǎo)致LDO振蕩。一般1.0uF以上可滿足其要求，不過最好根 DATASHEET的要求?？稍谔沾呻娙萏幋?lián)電阻以增加ESR,從而防止振蕩。封裝大小對 -DQ性能影響可忽略精度方面沒有特別要求。耐壓應(yīng)滿足降額要求。輸出電容的ESR在回路 增益中產(chǎn)生?個零點，可以用來減少負相移。零點出現(xiàn)的頻率值與ESR和輸出電容值H接相關(guān)： F

47、zero= 1/（2 n XCout XESR）石 :晝量選用陶瓷電容，X5R或X7R類型，1uF以上。 G二愛去良饋電容選擇 一 一 -「外加反饋電阻時一般需要并聯(lián)一個反饋電容，以補償環(huán)路，增加環(huán)路穩(wěn)定性，應(yīng)當(dāng)選用寬溫 —「二 克范圍、低價陶瓷電容器，一般10pF左右可滿足要求，可選用COG. NPO型的陶瓷電容。 :—一 一 封裝大小對LDO性能影響可忽略，耐壓應(yīng)滿足降額要求。 ? 2.2.6?4、反饋電阻選擇 可調(diào)輸出一般都會增加2個電阻進行分壓反饋，以獲得需耍的電壓。此2電阻的精度根據(jù)輸出 要求進行選擇，精度越高越好，一般W1%。要選擇介適電阻阻值，低電阻值可以選用，但 是

48、會消耗更多的能耗，高電阻值要盡量避免，因FB腳處漏電流將會增大輸出電壓誤差。盡量 ? 在其DATASHEET給出的值附近或低于其值。 ?- 2?2.6.5. Bypass電容選擇 在基準(zhǔn)輸出端增加-路低通濾波器（?般10nF）,可降低輸出噪聲。增大Bypass電容冇利減小輸出噪兒 但Bypass電容會使Enable響應(yīng)速度變慢。故不宜過大，可根據(jù)需要進行計算。 LDO 綸腿而SSI 的 TPS73601：… 薛怎6；仁輸入電容選擇： 根據(jù)前面所述以及空間要求等選擇0402、X5R、6.3V的MF陶瓷電容; 醪整謁62、輸岀電容選擇： 此器件不要求使用外部輸出濾波電容，但為了穩(wěn)定

49、性，可加輸出 1 歲 濾波電容，但應(yīng)注意防」上振蕩，根據(jù)這些以及尺寸伽選用0402、 露豁二- X7R、^▼的0?1嚇陶瓷電容； 砲、疲贊電阻選擇廣 I壬三_ 根據(jù)DATASHEET算出反饋電阻阻值，使用1%精度、0402、1/16W； ■交乏6；6耳、破磁電容選擇: ?二 - 根據(jù)前面所述，選用0402、COG、50V的10pF陶瓷電容。 3V6D C6019J luF— U6002 TPS73601 1 IN OUT NRTB 5 R6008 4 44.2K1% 3V3D C6012 T C6022 I EN EN GND | R6009 -=?

50、25.5K1% 3 29 LDO在PCB板上的工藝走線「分重要，當(dāng)工藝走線不良和靠近 —Zr- RF線時降噪性能會受影響。濾波電容器匯入地節(jié)點選擇不良 獨倒負載返回地的電流屮，噪音和紋波都會增加。在通常的 礪浚昧中常常遇到此類情況（見下圖）o 誌遍常的希線設(shè)計圖： 3V6D 匸 U6002 TPS736O1 1 IN OUT NR/FB ； R&Ob 二 44.2K1% 3V3D C6019 luF = EN GND C6012 T —C602^ T 10pFZ= 0. luFEZZZ" T ! EN R6009 25?5K1% R

51、loa  —lJ rA i^jzf J ^-/j 1—廠.J L> J />^ / J ■鄉(xiāng)二丿 f c fy I [ _1 AU AU rLr/ t / n 51( [—「一1 I 少2込兒矗 hjj兩 j 饑呵倫答和廠緒€^^ 丁/I L：么止QfH 么g 么氏即>r7「zl〃 Illi i口鳥牛陽 TH尿南上/ 口 * 0 fp ：rEJ 7H? /廠J L 丿 xLi J J J 1 >JJ !/ U J U 2 7 > J JJJ !丄』丿丿r ■刃 1/1 —J ^!_3 J J J ^rj f/jij 利噪刼綻趣說仏惑 優(yōu)化的布線藪鍾 U6002 3V6D

52、 3V3D TPS73601 f EN i s T \ i 1 丄. ■MB ■ 1 J Rtrace —i i 1 EN GND C6019 luF 二 IN OUT NR/FB R6008""" 44.2K1%I R6009 .25.5K1%I C6012 lOpFL 2 | C6022 T =i= O.luF^= Rtrace 理想的布線設(shè)計圖: 丿227 耳積最小，走線一定要考慮各個器件之間的干擾和輻射，器 I合理布局可有利于有效地減少各個器件之間的相互干擾和 輻射。反饋信號盡量靠近反饋

53、腳。 31 # U6 C601： 32 勺架 總荷泵的內(nèi)部拓撲結(jié)構(gòu)：山一開關(guān)電路按設(shè)定頻率高速開關(guān)、 -個控制器、一個誤差放大器、一個基準(zhǔn)源、一個取樣反饋電路或 量稠節(jié)器組成。可降壓輸出、升壓輸出和升降壓輸出。 ^.Charge PUmp結(jié)構(gòu)示意圖： 34 丿 232 丿 2 3夕鬥

54、嫌 ge Pump主要類別 :調(diào)整電容式電荷泵：如圖 Vih ? nXAM 童■電It Ci 匸二?號二2.3乏2、可調(diào)整電容式電荷泵：如圖 36 37 # 233 233 Charge Pump原理 J：作原理 存電容式電荷泵通過開關(guān)陣列和振蕩器、邏輯電路、比較控制器實 壬 現(xiàn)電壓提升，采用電容器來貯存能

55、量。電荷泵僅用外部電容即可 L 提供土 2倍的輸出電壓。其損耗主要來自電容器的ESR(等效串聯(lián)電 二壬三油)和內(nèi)部開關(guān)晶體管的RDS (ON) o 芝二三 先貯存能量，然后以受控方式釋放能量，以獲得所需的輸出電壓。 ? 2.3.3.2.效率： 三「曠亠 效率能達80%以上。 二二- 效率計算公式：n = Vout/ (Vin* G) TOO%。 其中，G為轉(zhuǎn)換增益，G常用值為?0.5、0.5、1、1.5、2o ge Pump功耗 arge Pump轉(zhuǎn)換功耗 G = (G* Vin -Vout)* lout 曇G襄示轉(zhuǎn)換增益,lut為輸出總電流，充電泵的最大輸出電流限制在 左右

56、，基本由集成開關(guān)晶體管與外部”飛”電容器的大小所決定。 Charge Pump實際功耗 -：*PDaJRG* Vin-Vout)* lout+ Vin * lQ 喜式中G表示轉(zhuǎn)換增益，Iq為輸出總電流為lut時的靜態(tài)電流。 臺否3、Charge Pump最大允許功耗 _ 一 - Pmax=(Tjmax?TA)/RJA 二 匸=-［? 其中，門喻為最大允許結(jié)溫度C , 一般為+125 C ; 八「一 Ta為環(huán)境溫度C , 一般為+85loC ； RejA為封裝的結(jié)點熱阻C/W ,參考所選器件的DATASHEET o Pm應(yīng)小于或等于卩喻。 39 主要類型電師管理說明 -23丁少

57、詼涉PLHg應(yīng)用電路 旦「：歯泌語據(jù)蠢曙嬲19 -衛(wèi)老攀帚了 :鳥楊 ■ i?i—一=■?亠 — —?■F * - Cfly V|N〉 c? c+ VIN VOUT SHDN 〉VOUT CoUT GND GND、、 Z -gnd 41 J J J F理說明 Ch eirye Purnp 番2?361.6、 -2.361.7、 亠 2 3 ;6.]? 8、 ? 2.3.6.1.9> 2.3

58、61.11、 11、Charge Pump選擇考慮因素 先根據(jù)所要求的低輸入電壓、輸出電壓、高輸出電壓精度、 二—』出電流、高效率進行選擇； 泊?2、然后選擇高的開關(guān)頻率，以使用小的外部電容，也應(yīng)注意EMI 連?3、「盡量選擇低靜態(tài)電流、低噪音、輸出紋波； I36i1[4＞選用PWM和PFM控制功能，以提高輕載和重載時的效率； 墜駅木5、「優(yōu)先選用固定電壓輸出； 根據(jù)面積要求選擇相關(guān)封裝以及兼容性； 根據(jù)要求選擇是否帶有開關(guān)控制的電荷泵； 可考慮是否需要帶有過壓、過流、過溫保護； 選用性價比高的電荷泵； 2.316.1.10> 考慮功耗，所設(shè)計的電路電荷泵的消耗盡量小，不要超

59、過最 大允許功耗Pmax ； 周邊器件盡量少且小（值、尺寸、價格）； ? 2.3.6:1.12,考慮環(huán)保、溫度、工藝等其他參數(shù)； ? 2.3.6.1.13＞某些情況下可能需要考慮啟動時間。 2. J 2 23022 1 需一 節(jié)鋰龜池供電設(shè)備Vjn^3|4V-4.2V, Vout=5lOV5%, lout ^90mA,根 :要可關(guān)斷輸出，無電時序要求。 :泵選擇 取輸入電壓3.4V,效率為100%時，G應(yīng)^5/3.4=1.47； 吉刼輸入電壓4.2V,效率為100%時，G應(yīng)^5/4.2=1.19； 祈以GM1.47,但因G常用值1.5、2,所以可選G為2； 最小效率

60、為5/ (4.2*1.5)1*100% =80%； 輸出電壓精度應(yīng)W5%； 所選電荷泵的典型輸出電流應(yīng)2130mA以上(降額70%使用)； 選用低靜態(tài)功耗電荷泵； 選用爾封裝、管腳少、常用封裝； 選用帶有使能管腳的電荷泵； 選用固定輸岀電荷泵，以減少面積和成本，增加可靠性； 選用周邊器件數(shù)目少、面積小、成本低、常用器件； 因無上電時序要求，故可不考慮電荷泵啟動時間； 考慮使能控制電平范圍； 考慮成本、紋波、溫度、環(huán)保因素； 22、 _ 卜6223、 尸 23622.4、 ? 2.3.6.2.2.5、 1 2 召6226、 一亠■— 一 ? 2.36227、

61、? 2.3.6.2.2.8 > 2.36229、 2.362210、 2.3.6.2.2.11, 2.3.6.2.2.12, 2.3.6.2.2.13, 司考慮帶有過壓、過流、過溫保護、ESD、最大允許功耗等。 45 Cn eircie Purr TEST CONDITIONS - MIN PARAMETER POWER STAGE~~ : —— & ▽ ▽ TP1 V1N TP3 *5V TP2 GND r 8mW, -85) /140=286mWo &N Input voltage range 27 55 J VUVLO Und

62、ervoltage lockout threshold 19 2 1 Operating quiescent current Iqut 二 140 mA Enable 二 VJhJ 4 7 ?ostop Skip mode operating quiescent Iqvt = 0 mA, Enable二Wn (No switching) 80 mA current Iout 二 0 mA. Enable = V|N(Minimum switching) 90 內(nèi) ■so Shut down current 2.7 V s V|N s 5.5

63、 7、Enable = 0 V 1 kA JVpirr Output voltagein lour s 50 mA. 2.7 V V)N < 5.5V 4.8 5.0 5.2 v ) [VouTcg Skip mode output voltage lOUT = 0niA, 27VsV1Ns55V 畑乜1 V Switching frequency * 15 PARAMETER TEST CONDITIONS MIN TYP MAX UNIT SSt.me Soft-start time From the nsing edge of

64、 enable to 90% output 150 OUTPUT CURRENT ?ouT^nom Maximum output currenl Vqut remains between 4 8V and 5 2 V, 120 mA 3 1 V < V|N < 5 5 V I 33V< V,n<5.5 V 140 r Iqut short Short circuit current⑵ Vour = 0V 80 trA RIPPLE VOLTAGE % Output ripple voltage lour = 140 m

65、A 30 mV ENABLE CONTROL Vhi Logic high in put voltage 27VVins55V 1.3 ViN vu Logic low input voltage -02 0.4 V) Ihi Logic high input current 1 In Logic low input current 1 "A TYP MAX UNIT VIN VOUT ENA CP- GND 「P+ II TPS6O15O QUIESCENT CURRENT vs INPUT

66、 VOLTAGE GND ]i……i 1 1 ENA VIN 「 ! 1 |CP VOUT ]1 ? i I CP* PACKAGE THERMAL RESISTANCE Ta - 259 DERATING FACTOR Ta= 85C R0JA POWER RATING ABOVE Ta = 259 POWER RATING Low?K⑴ DRV 140X/W 715 mW 7 1 mW/9C 285 mW 47 aril 凋邊器件選擇 的周邊器件一般是由3-4個電容組成。 :輸入電容選擇 "1寬范圍、低等效串聯(lián)電阻(ESR)、低價陶瓷電容器，使電荷泵在零到滿負荷的全部 內(nèi)穩(wěn)壓效果穩(wěn)定。 暑般輸入電容值是飛電容的2?4倍，