手机常用电源基础知识介绍0827

1、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 LDOLDO基本原理LDO关键参数LDO应用 DC-DCDC-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手机常用电源的类型 LDOLDO基本原理LDO关键参数LDO应用 DC-DCDC-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：线性型电源线

2、性型电源从电源向负载连续供电LDO开关型电源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)。区别区别：线性电源的电压反馈电路是工作在线性线性(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，即开关开关状态的。三种常用电源的比较LDODC-DCChargePump分类线性稳压器的一种，特指低压差的线性稳压器开关电源的一种，特指电感型的开关电源开关电源的一种，特指电容型的开关电源效率效率=Vout/VinIi

3、n=Iout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效率=Vout/（M*Vin）M为电荷泵工作模式Iin=M*Iout纹波小大中等EMI非常小比较大中等PCB面积很小比较大中等成本低高中等 手机常用电源的类型 LDOLDO基本原理LDO关键参数LDO应用 DC-DCDC-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：线性稳压器简单模型： 基本

4、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：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。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线性稳压器根据内部传输元件RPASS的类型分为：N

5、PN达林顿管NPN准LDOPNP LDON-FET LDOP-FET LDOLDO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/VinLDO应用器件选型以Camera模拟电源为例：Camera Driver IC为OV88251.选定输出电压 Vout=2.8V2.选定输出最大电流 Iout=300mA3.封装 DFN1*14.控制信号 High大于1.3V Low小于0.5V5.其它自动放电、短路过流保护、Fold-back结构、耗散功率、PSRR、静态电流LDO应用特殊问题在某些LDO

6、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

7、 damage due to overheating.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 LDOLDO基本原理LDO关键参数LDO应用 DC-DCDC-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DC-DC基本原理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核心元件为开关和电感。实现方式：DC-DC：Direct Cu

8、rrent-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 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2.5-5.5V输出电压可编程输出最大电流5A连续静态电流60uA关断电流0.1uA开关频率2.4M负载调整率-0.1%/A线路调整率0.01%/V电源纹波抑制比Firgure 22使能电平H1.1V L0

9、.4V封装20WLCSP 1.6*2mm耗散功率热阻和结温效率Firgure 7- Firgure 12DC-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+损耗效率效率：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（开关频率开关频率）、栅极驱动器损耗、传导损耗（开关导通电阻开关导通电阻）。 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。 转换器IC：内部基准、振荡器电路、栅

10、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=5mA3.封装 20WLCSP4.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 LDOLDO基本原理LDO关键参数LDO应用 DC-DCDC-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

11、理ChargePump:电荷泵ChargePump的工作原理：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：整数倍整数倍增益电荷泵2X分数倍分数倍增益电荷泵1.5X电压调整电压调整电荷泵电流调整电流调整电荷泵ChargePump基本原理拓扑结构1CONTROL/ CLOCKC+C-VOUTGNDVINSHDNS1S2S3S4CoutCinCflyS1S2S3S4CFLY1CFLY2CINCOUTCONTROL /OSCILLATORVINVOUTENABLEVout = 2*VinVout = Vin + Vin/2 = 1.5*V

12、inChargePump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2.7-5.5V输出电压可调输出最大电流850mA静态电流60uA关断电流0.1uA开关频率1.8M负载调整率-0.1%/A线路调整率0.01%/V电源纹波抑制比Firgure 22使能电平H1.1V L0.4V封装DFN 10Pin耗散功率热阻和结温效率Firgure 7- Firgure 12Charg

13、ePump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。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=850mA2.封装 DFN3*33.控制信号 High大于1.3V Low小于0.5V4.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、