Выбор наиболее эффективного схематического решения источника питания (ИП) для портативных электронных устройств

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).

 

внешний ключ

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).

схематическое решение источника питания

Использование в схеме каждого из этих элементов будет зависеть от нескольких факторов, а также от важности этих факторов в том или ином проекте:
 

  1. Потери мощности
  2. Тип корпуса (Тепловое сопротивление)
  3. Мультифункциональность ключевого элемента
  4. Габариты изделия
  5. Электростатическая прочность изделия
  6. КПД
  7. 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

Изготовление 1-4 слойных печатных плат за $2

10BASE-T1L Ethernet по витой паре: реализация на основе микросхем Analog Devices
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя