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        如何为笔记本电脑选择合适的电源管理IC

        2017-02-14  来自: 深圳市芯仙半导体有限公司 浏览次数:774

          如果把CPU看作笔记本电脑的大脑,遍布整个主板的电源则被视为心脏和血


        管 — 将能量输送到大脑及系统的其它部分。不同负载需要不同类型的电源,但共


        用同一输入电源,输入电压范围从7V直至20V。产生5V以及3.3V总线电源的电池


        充电器、主调节器,以及为图形芯片组、DDR内存、I/O控制器和CPU核供电的


        调节器都是典型的降压型开关调整器,如同步整流变换器。唯一具有不同拓扑结


        构的电源就是CCFL背光逆变器,位于面板组件。


          Maxim作为业内领先的模拟IC供应商,为笔记本平台提供了数百种电源管理


        IC。电源管理方案的关键特性决定了电池工作寿命、系统性能、成本,这些特性


        包括控制架构、轻载模式、功率开关的选择等。除了这些关键特性外,保护电路


        在笔记本电脑中也非常重要。


          如何为笔记本电脑选择合适的电源管理IC


          图1 笔记本电源管理IC提供不同的集成度:(a)分立控制器和驱动IC、外置


        开关管;(b)集成控制器和驱动器;(c)内置MOSFET开关的集成产品,用于


        4A以下的系统供电。


          控制架构


          在笔记本电脑中,要求DC-DC转换器能够精确地调整其输出电压。电压调


        节通过反馈控制环路实现,该控制环路在每个开关周期将能量从输入源传递到输


        出负载。对负载变化的响应速度主要取决于控制方案。传统的固定频率PWM控制


        架构之所以应用广泛,主要有两个原因:可以选择开关频率以避开455kHz中频等


        噪声敏感区域,电感纹波电流保持相对稳定,从而简化了电路设计和输出纹波电


        压的估算。但是,开关操作所固有的延迟(负载瞬变与后续时钟之间的延时)也


        会降低系统响应。实际系统的环路带宽一般在开关频率的1/6和1/10之间,需要较


        大的去耦电容来满足严格的负载瞬态响应要求。


          “滞回控制”结构的响应速度远远高于“固定频率控制”结构,因此成为一


        种非常流行的架构。不存在时钟,系统能够迅速响应负载变化,并且需要更少的


        输出储能电容。例如,Maxim专有的Quick-PWMTM控制架构,融合了固定频率


        控制和滞回控制架构的优点。这种架构的核心电路是快速、低抖动、可调节单稳


        态,设置高端MOSFET的导通时间。虽然没有固定频率时钟发生器,所采用的算


        法能够平衡电感电流,保证接近恒定的开关频率。


          轻载模式


          提高轻载效率是延长笔记本电脑电池寿命的关键,虽然强制PWM模式可以维


        持相对恒定的开关频率,但却在空载使造成10mA至50mA的电池损耗,具体取决


        于开关频率和外部MOSFET。强制PWM模式非常适合低噪声、高负载瞬态响应的


        应用,而且能够为动态输出电压调节提供吸电流能力,在基于反激变压器或耦合


        电感的多输出电压设计中能够减少交叉调整问题。


          为了使空载电池电流最小,在电感电流为零时关闭低边开关,并将关闭状态


        保持到输出电压跌落至设定点为止,这种架构随着负载电流的降低可以有效降低


        开关频率。启动轻载跳脉冲模式时,开关波形会出现较大的噪声,并且不同步,


        这是一种正常的工作模式,可提高轻载效率。


          跳脉冲模式下,低于20kHz的频率可能产生音频噪声。一些控制器能够将最


        低频率限制在25kHz,假如在最后28μs内没有开关操作,则开启超声跳脉冲模式


        。低边开关首先导通,以降低电感中的负电流,当电感电流达到设定的负电流门


        限时,启动开关周期。


          功率开关的选择


          完整的DC-DC转换器包括控制器、驱动器以及功率电路。可以分别设计这


        些基本单元,也可以将其集成在一起(图1)。图1a集成度最低,但为客户优化系


        统提供便利条件。输出电流可以通过选择合适的驱动器和MOSFET进行设置;缺


        点是需要复杂的电路布板和较高的系统成本。


          图1b将控制器和驱动器集成在一起,Maxim用于笔记本电脑的功率管理IC多


        数为这种架构。该架构允许用户设计不同级别的输出电流 (从几个安培的主电源


        到45A的核电源),布板比较简单,系统成本也更低。


          对于小于4A输出电流的应用(DDR电源和一些GPU电源),图1c所示内置开


        关电路更具成本优势。该系统通常能够工作在更高的开关频率,从而减少无源元


        件,如输出电感和输出电容的尺寸。如MAX1536降压调节器,其特点是内部集成


        PMOS高边开关以及内置NMOS同步整流器,并可工作在1.4MHz开关频率下,


        为负载提供3.6A的电流。同样重要的是,该器件封装在一个很小的28引脚


        5×5mm的薄型QFN封装内。


          保护电路


          笔记本电源管理IC包含了所有典型保护电路:输入欠压关断、输出过压、输


        出欠压、电流限制、ESD保护、热关断等。一些最新推出的IC还具有一些先进功


        能,如输出功率监测及电感饱和保护等。


        关键词: 选择合适的电源管理IC           

                   深圳市芯仙半导体有限公司,主要经营集成电路IC、电源芯片、电源IC、芯片、IC, 联系电话:13530170040 卓S

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