實用電源設(shè)計Q & A 系列之三-電源管理應(yīng)用

A1: 一般的LDO和高PSRR的LDO有甚么分別？

Q1: 這個問題問得非常典型，其實一般的LDO是起到穩(wěn)定電壓的作用，它對溫波造成的控制抑制基本集中在10K以下，在典型的LDO數(shù)據(jù)手冊里面， 在10K或是100K以下的PSR通常是在40DB以下，因為此時的LDO誤差放大器基本上已經(jīng)失去了放大能力。對于實際的需求來說，很多DCDC電源它的溫波頻率是在幾百K甚至上兆，如果是一個普通的LDO，對于這樣的噪聲抑制沒有任何能力，它只對聲頻范圍有抑制能力，對于需要射頻應(yīng)用的場合，LDO通常是無能為力的，而高PSR的LDO則能提供這方面的抑制，所以這也是一個根本上的完全不同的區(qū)別。

A2: DC/DC一般外接什么電容？鉭電容還是陶瓷電容？

Q2: 一般在便攜式的應(yīng)用里面，外接哪些電容在應(yīng)用的角度上問題不大，反而是因為今天在做便攜式的產(chǎn)品，一般都會有高度和空間的限制，比如同樣的電容可能會比較不適合，像鉭電在之前還是比較流行，因為它可以做到比較小的串聯(lián)阻抗，在狀態(tài)的響應(yīng)下比較好，但是鉭電會有環(huán)保的問題，主流市場上已經(jīng)很少有人在用，現(xiàn)在市場上便協(xié)攜式的應(yīng)用中以陶瓷為主。其實在DCDC的應(yīng)用中，電源的選擇需要這樣的電容，所以我們在設(shè)計大DC/DC的時候會考慮到能否使用陶瓷電容，特別是LDO的部分，大家可以看到之前LDO的Datesheet,特別標明了可以用鉭電，實際上可以用鉭電并不是一個很好的優(yōu)點，所以未來的趨勢是用陶瓷電容，基本上在LDO的應(yīng)用上面，輸出電流里的電源阻抗會影響到環(huán)路的穩(wěn)定性，所以在早期希望用鉭電，但是如果你的靜面設(shè)計可以使用陶瓷電容，在設(shè)計成本和空間上會更有優(yōu)勢。

A3: 能否詳細同步整流的原理？

Q3: 同步整流是應(yīng)用在便攜式設(shè)計上的趨勢，大家如果知道DC/DC的電源架構(gòu)，可以從這方面來了解。一般在電感式的DC/DC中，主要有三種架構(gòu)，一種是升壓，一種是降壓，另一種是負壓。這三種架構(gòu)的原理都非常簡單，基本是由一個電桿，一個主動的開關(guān)和一個二極管來達成，只是它們接的方法不一樣，為什么會有這種同步架構(gòu)出現(xiàn)呢，主要是因為在傳統(tǒng)的架構(gòu)里，用了二極管在里面，其實它的作用是用在升降壓上面，一般的二極管在2.7V左右，模絲管可以降到0.4V或0.3V，就算降到0.4V或0.3V，它的損耗還是相當(dāng)大的，一般可能會大到10幾倍以上的范圍，所以在便攜式的產(chǎn)品里面很注重效率，一般會采用同步的方式，就是將二極管換成模絲管，它的好處是可以提升效率，但是它的問題是用芯片來控制模絲管的時候必須能夠交錯的turn on,turn off.讓兩個開關(guān)同時導(dǎo)通，不然會造成輸入和輸出的短路，所以一般在同步的架構(gòu)里面設(shè)計的難度來自于芯片商，更大的挑戰(zhàn)是當(dāng)芯片越來越小的時候，會把切換頻率拉高，可以把電容和電桿一并縮小，但是在開關(guān)切換的過程中時間越短，在做這種控制的時候有一定的難度。從使用者的角度來看差別不大，主要是體積可以縮小，使用同步的架構(gòu)是便攜式趨勢。

A4: 如何選用電源管理芯片？我有12V的電壓輸入，能不能直接用一個TPS7333直接獲得3.3V輸出？

Q4: 這是一個很典型的例子，如何選擇LDO或DC/DC來做到，一般從成本考慮，我們會首先考慮LDO，LDO的優(yōu)點是輸出溫波較小，輸出非常干凈，成本低，設(shè)計簡單，但是它帶來的負面效應(yīng)就是它的效率比較差，LDO的效率好不好是從輸入和輸出的壓差來看，在今天的應(yīng)用上面LDO的輸入和輸出壓差非常小，用V in/V out,你會發(fā)現(xiàn)它的效率還是不錯的；反過來，如果輸入和輸出的壓差很大的話，效率會很差。以便攜式的產(chǎn)品來講，這種狀況是不能接受的，如果是一般桌上型產(chǎn)品的應(yīng)用，效率可能就不是那么重要，反而考慮的是如何散熱的問題，所以根據(jù)你的輸出電流可以算出壓差造成的損失和熱有多少，如果這個問題沒辦法解決我們還是建議回到DC/DC的應(yīng)用，因為此時已經(jīng)不是效率的問題，是散熱部分的問題，如果散熱無法解決機器就無法運轉(zhuǎn)，最后的電路成本可能會比DC/DC來得高。

A5: RDS是什么意思？

Q5: RDS是指模絲管本身的等效阻抗，通?？磪?shù)是在DC/DC或LDO里面，因為一般都是使用模絲管來做控制的元件，我們會去特別注意它在導(dǎo)通時的阻抗，我們會看到一個所謂RDS的規(guī)格，這個代表模絲管從極級到元極，當(dāng)開關(guān)完全打開的時候的等效阻抗，等效阻抗代表的意義可以 從兩個部分來看，以DC/DC來說，因為開關(guān)的動作永遠是打開或關(guān)閉，打開的時候是個導(dǎo)通的路徑，這時候所有的電流流過上面會造成一個損失，會直接影響DC/DC的效率，如果DC/DC的效率要做得高，方法就是減少RDSR，就是要die的面積做大，這樣會增加成本，所以一般會根據(jù)輸出電流和整體DC/DC效率的優(yōu)化來考慮RDSR的設(shè)計；以LDO來講，RDSR代表的意義是當(dāng)輸出電壓一直降到?jīng)]有辦法regulation的時候，這時候的輸入和輸出是沒有再控制的，輸入電壓和輸出電壓的差就是RDSR流過的電流，這個壓差我們稱之為drop out,一般LDO可以操作的輸出電壓最低可以用drop out值，drop out值越大，RDSR就越大，成本會很低，但是LDO的輸入范圍就會變窄，反過來如果希望LDO的輸入電壓比較寬，RDSR就要做得小一點，成本同樣會增加。

A6: 充電器是如何區(qū)分插墻的還是USB的？

Q6: 一般在充電的應(yīng)用上面，有兩個充電的source，一個是USB，一個是adapt。在charger的選擇上面，會考慮單輸入還是雙輸入的，以充電IC本身來講，它的輸入口兩個是分開的話，斟測上會比較容易，因為USB的口一定是從USB進來，只要檢測到電壓就知道USB已經(jīng)有連接了。現(xiàn)在比較大的問題是，在新的充電趨勢下，比如最近中國政府對于充電器的規(guī)格，希望能統(tǒng)一充電器的規(guī)格為一個mini或mini USB的規(guī)格，這種情況下，手機就只剩一個mini USB,實際在連接的時候有可能是從筆記本或電腦來充電，這時候從USB供電電流最大是500安培；另外一種狀況可能是從adapt來供電，充電電流可以到1安培，不同的輸入源進入手機可能是同一個mini USB，在這樣的設(shè)計上面對USB電源的檢測會有一定的難度，不能只靠電源的斟測，就算檢測到有電壓也很難判斷是從USB或從adapt進來。以TI目前的充電器BQ24070來講，可以斟測輸入是不是有電壓，但是沒有辦法告訴系統(tǒng)現(xiàn)在的電是USB還是adapt，必須靠數(shù)字的部分像是USB的transver上面來做communication告訴充電器，這是一個比較實際的方法，USB接上來的時候在數(shù)字上面需要communication來判斷是否可以做資料的傳輸或檔案的下載。

A7: 對于高速DSP，電源設(shè)計要注意什么，TI會推出哪些新的電源管理芯片？

Q7: 高速DSP通常電源要求非常復(fù)雜,可能也會工作在動態(tài)的模式下,反應(yīng)也非?？?那我想簡單的從基本的角度來講,對于多電源體系,通常要求對上電時序的控制,這個是很重要的一點,另外在某一些多電源體系里面,某一些關(guān)閉的時候,我們通常要求他能夠?qū)崿F(xiàn)一個徹底的關(guān)閉.比如我把某一個LDO關(guān)掉，這時LDO上的電流,他們的電路還是存在的，所以他的電容可能處于長時間的和電狀態(tài),他的電壓一直不會降到零,然后一直從3.3降到2.8,甚至1.1,這是一個很長的緩慢的過程,這個時候可能導(dǎo)致我們平常所稱的模擬器件的記憶效應(yīng),由于這個電源的存在呢，使的一些高速器件,數(shù)據(jù)管理器件上電負位不能準確的完成,所以開發(fā)市場的就會發(fā)現(xiàn),他不能每次準確的開機,甚至有些產(chǎn)品在用戶手里也會出現(xiàn)這種情況,就是因為他每次的上電不是從0的開始,所以TI在PMU里面,我們向LDO的有源切放,通過一個有源的內(nèi)部控制電路把輸出電源的電放光,從而確保多電源體系在每次上電的時候是一個純粹的從0開始的過程,所以對于高速的DSP來講,電源放電需要照顧很多放電的公式,還要兼顧消耗的電荷,比如DSP進入低頻模式,或者進入STANBY 模式的時候,需要做一些調(diào)整,就需要一些功能,如剛剛有人提出TI有沒有PMU到PWN,轉(zhuǎn)換,TI 的產(chǎn)品是支持的,只是很難講說是不是TI的一個DSP是不是完全COVER需求,但是基本上我們能夠滿足問題所講的要求.當(dāng)然如果還有問題的話，可以找我們的工程師幫你找到一個量身定制的方案。

A8: 請問，在一個需要十幾路電源的便攜式電路系統(tǒng)中，如何考慮高集成度電源管理IC和分立IC的搭配？

Q8: 一般在多電源的系統(tǒng)里面,也是一個未來的趨勢,像在現(xiàn)在便攜式的設(shè)計上面,因為現(xiàn)在是相同的體積,不管是手機或PMP或PDA等應(yīng)用,現(xiàn)在都要塞越來越多的功能進去,所以在電源的分布上也會越來越困難,從實際來講,有幾個問題,第一你要怎樣做芯片的PLACEMENT,比如芯片的集成是一個趨勢,但一旦集成進去后,比如你有10個CHANNEL的電源IC,你要怎么樣放在你的系統(tǒng)里面,放在中央可能拉的太遠,放邊邊,可能有一些LAYOUT又走不過去,特別對電源管理芯片來講,他比較大 問題是,你放了一個大的芯片在上面,你以為你選擇的體積非常小,SOLUTION 非常好,可是當(dāng)你的集成度太高的時候,今天要走的TRACE橫跨半個PCB板到另一頭去,在這種情況下,TRACE 一般也比較粗,所以你因為選擇高集成度的芯片,你的布線可能比你選擇某個分離的還高,所以在新的設(shè)計里面,選擇電源管理芯片是非常重要的,那離散型的當(dāng)然有他PLACEMENT 的好處,那如果非常高度的集成,你在LAYOUT上又會延伸出非常大的困難,所以一般我們會建議選擇集成的芯片 ,但是集成度不要太高,比如我們剛剛講的電源管理芯片,他可能是兩路DCDC為主,然后幾個LDO給周邊的電路再應(yīng)用,一些比較遠的部分,可以采用離散的或另外一組電源管理芯片來做,那針對我們剛剛講的部分還包括你可以把組芯片的電源供應(yīng)分離DISPLAY,還有BATTERY的一些電源管理芯片去做分開,這樣在布局和設(shè)計上會方便很多,那在COST 和TOTAL SOLUTION的面積上都會比較好。