如何在智能手機(jī)中使用升壓旁路作為預(yù)調(diào)節(jié)器
1.前言
智能手機(jī)等便攜式設(shè)備的典型電源是單節(jié)鋰離子電池。隨著硅負(fù)極材料的發(fā)展和電池能量的最大化，例如智能手機(jī)應(yīng)用中的最低工作電壓通常更低，例如2.7V。
某些負(fù)載配置，例如 Wi-Fi® 模塊、嵌入式多媒體卡 (eMMC) 和安全數(shù)字 (SD) 卡，需要高于 2.7V 的穩(wěn)壓電壓。集成到電源管理集成電路 (PMIC) 中的低壓降穩(wěn)壓器 (LDO) 為這些電源軌供電。LDO 的輸入 (VLDO_IN) 必須略高于 LDO 的最高輸出電壓。因此，如果 VLDO_IN 最終處于鋰離子電池工作范圍的中間，則在電池和 LDO 的輸入端之間需要一個(gè)升壓調(diào)節(jié)器，以保證 LDO 的輸入高于其最高穩(wěn)壓電壓。
2.預(yù)調(diào)節(jié)器電源系統(tǒng)
如果電池處于良好的充電狀態(tài)并且電壓高于所需的最低系統(tǒng)電壓，負(fù)載配置不需要升壓功能，而只是直接將電池電壓旁路到 LDO 的輸入。
圖 1 說(shuō)明了在智能手機(jī)應(yīng)用中使用升壓旁路作為預(yù)調(diào)節(jié)器的電源系統(tǒng)。
圖 1：PMIC 預(yù)穩(wěn)壓器的旁路升壓
TI 開(kāi)發(fā)了 TPS61280A、TPS61281A 和 TPS61282A PMIC 系列，專門(mén)用于智能手機(jī)的預(yù)調(diào)節(jié)器。當(dāng)電池電壓高于 LDO 輸入的最低要求電壓時(shí)，它以低電阻、高效旁路模式運(yùn)行。TPS6128xA 用作高功率預(yù)穩(wěn)壓器，可延長(zhǎng)電池運(yùn)行時(shí)間并克服受電系統(tǒng)的輸入電流和電壓限制。
關(guān)斷時(shí)，TPS6128xA 以真正的直通模式運(yùn)行，靜態(tài)功耗僅為 3μA，可實(shí)現(xiàn)最長(zhǎng)的電池保質(zhì)期。
在運(yùn)行期間，當(dāng)電池處于良好的充電狀態(tài)時(shí)，低歐姆、高效的集成直通路徑將電池連接到供電系統(tǒng)。
如果電池處于較低的充電狀態(tài)并且其電壓低于所需的最小系統(tǒng)電壓，則設(shè)備會(huì)無(wú)縫過(guò)渡到升壓模式以使用全部電池容量。
如果電池電壓低于所需的最低電壓，設(shè)備將無(wú)縫轉(zhuǎn)換到升壓模式，如圖 2 和圖 3 所示。
圖 2：TPS618xA 升壓/旁路連接
圖 3：TPS618xA 輸出電壓調(diào)節(jié)
掃描 TPS6128xA 的輸入電壓，在 V OUT_Boost = 3.4V 時(shí)對(duì) TPS6128xA 條件進(jìn)行臺(tái)架測(cè)量，輸出電壓跟隨輸入電壓，在旁路模式下在 1.5A 負(fù)載下有大約 70mV 的間隙，這是由電流引起的流經(jīng)旁路場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (FET) (M3)。
在輸入電壓斜降期間，當(dāng)輸入電壓超過(guò)升壓/旁路閾值（在本例中為 3.4V）時(shí)，TPS61280A 進(jìn)入升壓模式，TPS61280A 的輸出端有大約 100mV 的下沖。
在升高輸入電壓時(shí)，只要輸出電壓比 3.4V 閾值高 2%，TPS61280A 就會(huì)進(jìn)入旁路模式，并且升壓到旁路沒(méi)有下沖（或過(guò)沖），過(guò)渡非常平滑。
例如，考慮在負(fù)載 = 1.5A、輸出電容 = 16μF（有效）以及將輸入電壓從 3.3V 掃描到 3.7V 的條件下進(jìn)行的臺(tái)架測(cè)量。在這種情況下，輸入電壓大于所需的目標(biāo)電壓，并且 TPS61280A 的輸出跟隨輸入電壓和旁路 FET 的壓降。當(dāng)輸入電壓低于目標(biāo)值時(shí)，輸出電壓保持在目標(biāo)值，如圖 4 所示。
圖 4：TPS6180A 輸出電壓調(diào)節(jié)
TPS6128xA 具有升壓和旁路之間的平滑過(guò)渡以及升壓或旁路模式下的高效率，因此可以使用全部電池容量。我們可以克服由具有高最小輸入電壓和硅陽(yáng)極放電電池化學(xué)成分的受電組件引起的高電池截止電壓。該器件緩沖高電流脈沖，迫使系統(tǒng)關(guān)閉，在升壓和旁路模式之間無(wú)縫轉(zhuǎn)換。
預(yù)調(diào)節(jié)器受益于延長(zhǎng)電池工作時(shí)間，這對(duì)電池工作時(shí)間有顯著影響，并轉(zhuǎn)化為更長(zhǎng)的使用時(shí)間或在同等電池容量下更好的用戶體驗(yàn)，或在類似使用情況下降低電池成本次。
TPS61281A 和 TPS61282A 具有固定的限流閾值以及在升壓和旁路之間發(fā)生轉(zhuǎn)換的默認(rèn)電壓值。TPS61280A 是一款通過(guò) I 2 C（兩線接口）完全可編程的器件。TPS61280A 為我們提供了高度的靈活性，可以根據(jù)我們自己的系統(tǒng)需求定制設(shè)備。表 1 總結(jié)了 TPS6128xA 器件系列的關(guān)鍵參數(shù)。
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零件號(hào) |
DC/DC 升壓/旁路電壓閾值 |
谷電感電流限制 |
I 2 C 接口 |
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TPS61280A |
VSEL = L 在 3.15V VSEL = H à 3.35V |
5A |
控制： 谷電感電流限制 DC/DC 升壓/旁路閾值電壓 |
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TPS61281A |
VSEL = L 在 3.15V VSEL = H à 3.35V |
3A |
不 |
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TPS61282A |
VSEL = L à 3.30V VSEL = H à 3.50V |
4A |
不 |
表1 ：TPS6128x 系列器件概覽
TI 的 TPS61280A、TPS61281A 或 TPS61282A PMIC 用作預(yù)穩(wěn)壓器可延長(zhǎng)電池運(yùn)行時(shí)間并克服受供電系統(tǒng)的輸入電流和輸入電壓限制。PMIC 采用 16 引腳芯片級(jí)封裝 (CSP)，提供非常小的總解決方案占板面積 (<20mm 2 )，且外部電感器和輸入電容器最少。
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