电源基础知识培训.ppt

Rev. X1 April 19,Page 1,手机电源基础知识,Rev. X1 April 19,Page 2,1. 电池基础知识 2. 常用电源模块 3. 高通PM8029电源管理芯片介绍,Rev. X1 April 19,Page 3,1、电池基础知识,锂离子电池 根据锂离子电池所用电解质材料不同，锂离子电池可以分为液态锂离子电池(lithium ion battery, 简称为LIB)和聚合物锂离子电池(polymer lithium ion battery, 简称为LIP)两大类。聚合物锂离子电池所用的正负极材料与液态锂离子都是相同的，电池的工作原理也基本一致。它们的主要区别在于电解质的不同, 锂离子电池使用的是液体电解质, 而聚合物锂离子电池则以固体聚合物电解质来代替。 相比液体锂离子电池，聚合物锂离子电池能量高，安全性能好， 而且可以做到很薄，但是价格比较贵。目前我们使用的大都还是液态锂离子电池。,Rev. X1 April 19,Page 4,1、电池基础知识,镍氢电池： 镍氢电池是有氢离子和金属镍合成 ，单元电池额定电压低。价格比较便宜，性能比锂电池差，目前手机上一般都不是用镍氢电池。,Rev. X1 April 19,Page 5,1.电池基础知识,电池的组成： 我们所用的锂离子电池是有电芯和保护板两部分组成。电芯负责储蓄电池的电量，保护板用来保护电池过充和过放。一般电芯的铝壳为正极。 电池保护电路框图,Rev. X1 April 19,Page 6,BUCK 型DC-DC,2、常用的电源模块,Step Down “Buck” Converter,Step UP “Boost” Converter,Rev. X1 April 19,Page 7,2、常用的电源模块,BUCK型DC-DC的工作原理： 当开关闭合时候，电流 当电感线圈未饱和前电流线性增加；电容C充电，电压上正下负； 当开关断开时（图b），电感线圈L中的磁场将改变线圈两端的电压极性，以保持电流 不变；此电容 C处于放电状态，有利于维持 和 不变。,Rev. X1 April 19,Page 8,2、 常用电源模块,主要关系式： 当开关闭合时波形如右图所示， 当开关闭合时，电感电流线性上升， 增量为：,Rev. X1 April 19,Page 9,2、 常用电源模块,时间段内流过电感的电流增量为： 稳态时候两个电流变化相等即： 整理得： 由以上公式可以看出，输出电压随占空比的变化而变化，以上公式是在电感电流连续的情况下得出的；电感电流不连续的情况推导公式类似，在此不再分析。,Rev. X1 April 19,Page 10,降压型DC-DC功率电感的选择要点： 1）电感值 2）直流阻抗 3）饱和电流 电感值一般采取DC-DC规格书推荐值，并非越大越好。直流阻抗一般越低越好； 电感电流计算：电感的饱和电流要大于平均电流加上二分之一的纹波电流，具体公式如下：,2、 常用电源模块,Rev. X1 April 19,Page 11,2、常用电源模块,Boost 型DC-DC,Step UP “Boost” Converter,Boost变换器电路原理图,Rev. X1 April 19,Page 12,2、常用电源模块,当开关打开时(图a）,流过电感的电流 在电 感线圈未饱和前线性增加，电能以磁能的形 式存在电感线圈中。此时电容C放电，电阻R 上的电压上正下负； 当开关闭合时（图b），由于线圈L中的磁 场将改变L中的电压极性以保持 不变；这样 线圈L中的磁能将转变为电压 和电压 串联 高于 电压向电容C和电阻R供电。高于 时 电容C充电，等于 时充电电流为零，低于 时，电容C放电以保持 不变；由于 高于 所以称之为升压变换器。,Rev. X1 April 19,Page 13,2、常用的电源模块,电感电流连续波形图,当开关S打开时， 线性上升，其电流增量为 （D1为接通时间占空比）； 当开关S闭合时， 线性下降，其增量为： （D2为断开时间占空比） 两个稳态时候电流的变化量相等： 化简得：,Rev. X1 April 19,Page 14,2、常用电源模块,升压型DC-DC功率电感的选择： 在升压电路中电感的饱和电流要满足最大电流的要求，最大的输出电流为额定输入电流与二分一纹波电流的和。,Rev. X1 April 19,Page 15,2、常用电源模块,LDO(低压差线性稳压器） 线性稳压器使用在其线性区域内运行的晶体管（放大区）或 FET（可变电阻区），从应用的输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压。所谓压降电压，是指稳压器将输出电压维持在其额定值上下 100mV 之内所需的输入电压与输出电压差额的最小值。,Rev. X1 April 19,Page 16,2. 常用电源模块,其工作过程为：取样电压加在比较器A的同相输入端，与加在反相输入端的基准电压Uref（通过稳压管实现）相比较，两者的差值经放大器A放大后，控制串联调整管的压降，从而稳定输出电压。当由于某种原因（如电网波动或负载电阻的变化等）使输出电压Uout降低时，取样电压与基准电压的差值为负增加，拉低基极电位，比较放大器输出的驱动电流增加，串联调整管压降减小，从而使输出电压升高。相反，若输出电压Uout超过所需要的设定值，取样电压与基准电压的差值为正增加，基极电位升高，比较放大器输出的前驱动电流减小，从而使输出电压降低。供电过程中，输出电压校正连续进行，调整时间只受比较放大器和输出晶体管回路反应速度的限制。,Rev. X1 April 19,Page 17,2. 常用的电源模块,LDO的以下几个参数在手机设计中特别重要： 输出电压(Output Voltage) 输出电压是低压差线性稳压器最重要的参数，也是电子设备设计者选用稳压器时首先应考虑的参数。低压差线性稳压器有固定输出电压和可调输出电压两种类型。固定输出电压稳压器使用比较方便，而且由于输出电压是经过厂家精密调整的，所以稳压器精度很高。 最大输出电流(Maximum Output Current) 用电设备的功率不同，要求稳压器输出的最大电流也不相同。通常，输出电流越大的稳压器成本越高。为了降低成本，在多只稳压器组成的供电系统中，应根据各部分所需的电流值选择适当的稳压器。 输入输出电压差(Dropout Voltage) 输入输出电压差是低压差线性稳压器最重要的参数。在保证输出电压稳定的条件下，该电压压差越低，线性稳压器的性能就越好。LDO的工作条件：Vin = Vdrop + Vout。输入电压满足此条件，LDO才能正常工作。,Rev. X1 April 19,Page 18,2. 常用的电源模块,LDO的负载调整率(Load Regulation) 即LDO的稳定性与瞬态响应，由于负载电流动态变化大，要求LDO的稳定性与瞬态响应性能好，否则导致系统工作异常。 PSRR参数 PSRR，就是 Power Supply Rejection Ratio 的缩写，中文含意为“电源抑制比”。也就是说, PSRR 表示把输入与电源视为两个独立的信号源时，所得到的两个电压增益的的比值。基本计算公式为： PSRR 的单位为分贝(dB)，采用对数比值。 PSRR 越大，输出信号受到电源的影响越小。LDO的输出噪声，这直接关系到输出电源的干净与否。,Rev. X1 April 19,Page 19,2. 常用的电源模块,Charge pump （电荷泵） Charge Pump即为电荷泵，利用电容（陶瓷电容、电解电容）的充放电，以及电容两端的电压不能突变，和开关的不同组合方式来实现输出不同电压，下面举两个例子来说明一下电荷泵的原理。 倍压电荷泵 主要由OSC震荡电路，以及储能转换电容组成。,Rev. X1 April 19,Page 20,3. 常用的电源模块,充电阶段，OSC控制S2、S3关闭，S1、S4打开，此时电容CF两端的电压被充至Vin； 放电阶段，S1、S4关闭，S2、S3打开，电容CF和Vin串联，把电压提升到2Vin； 负压电荷泵 充电阶段：S1、S3闭合， 电容C1充至Vin； 放电阶段：