Портативные устройства, такие как DVD, MP3 плееры, КПК, сотовые телефоны, видео и фотокамеры для зарядки своих аккумуляторов могут использовать одну из 5-ти различных топологий. Четыре из них используют внешний ключ (см. рис. 1), в пятой ключ полностью интегрирован с контроллером (PMU - Power Management Unit).
В дальнейшем для анализа будем рассматривать стандартную спецификацию зарядного устройства с током заряда 1А. При необходимости зарядного тока менее 500 mA - ключ интегрируется на один кристалл с PMU. Это позволяет существенно уменьшить габариты изделия. Мы не будем рассматривать эту реализацию, а сконцентрируемся на 4-х комбинациях внешнего ключевого элемента (см. рис. 2).
Использование в схеме каждого из этих элементов будет зависеть от нескольких факторов, а также от важности этих факторов в том или ином проекте:
- Потери мощности
- Тип корпуса (Тепловое сопротивление)
- Мультифункциональность ключевого элемента
- Габариты изделия
- Электростатическая прочность изделия
- КПД
- Цена
Потери мощности
Потери мощности на ключевом элементе вносят существенный вклад в общий КПД источника питания. Чем меньше падение напряжения на ключе, тем меньше потери мощности. Топологии A и B имеют в своем составе диод Шоттки, что обуславливает высокое падение напряжения и соответственно мощности. Суммарная потеря - около 460 mW. Топология С - это VCEsat BJT, падение на котором порядка 120 mW. Топология В использует 2 последовательно подключенных MOSFET суммарная потеря на которых - 120 mW.
Тип корпуса
Тип корпуса - это важный аспект, который определяет, как будет отводиться тепло, возникающее при работе ключа. В топологии A для отвода тепла используются 2 отдельных дискретных элемента, с помощью которых тепло отводится на PCB. Альтернативой отдельным элементам служит корпус, одним из важнейших параметров которого является его тепловое сопротивление.
Мультифункциональность ключевого элемента
Этот параметр становится особенно важным в применении к портативным устройствам. К примеру, топология D позволяет пропускать ток от заряжаемой батареи назад для питания других устройств. К примеру, такая топология часто используется в laptop, компьютерах со сменяемой батареей, где ИП может заряжать батарею, а потом питать от нее же другие устройства.
Габариты изделия
Габариты изделия с каждым годом становятся все важнее, так как разработчики, следуя необходимости миниатюризации, стараются исполнить свои устройства в минимально возможных габаритах. Для этого соответственно они должны использовать составные элементы в минимально возможных форм-факторах.
Электростатическая прочность
Электростатическая прочность становится более важным параметром, когда габариты изделия начинают уменьшаться. К примеру, ESD прочность биполярного транзистора >8000 V, а полевого всего >300V, то есть при использовании полевых транзисторов необходима внешняя ESD защита. Однако в последнее время выпускаются полевые транзисторы со встроенной ESD защитой, которые должны упростить задачу ESD защиты инженерам.
Рабочая частота
Это очень важный параметр для схем, в которых потери на переключение могут негативно сказаться на времени жизни батареи. При использовании топологии A, B, C рекомендуется ориентироваться на рабочую частоту 500 kHz.
Цена
Цена - это всегда компромисс. Более старые и большие по габаритам корпуса - всегда дешевле. Например, SOT-23 (3 x 3 mm) корпус считается самым дешевым в индустрии электронных компонентов. Двигаясь к современным корпусам ChipFET (3 x 2 mm) или WDFN (2 x 2 mm) мы получаем меньшее по габаритам изделие, но при этом оно будет стоить дороже.
Макро Групп
