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电源基础知识培训.ppt

上传人:fmgc7290 文档编号:9992318 上传时间:2019-09-25 格式:PPT 页数:21 大小:477KB
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资源描述

1、Rev. X1 September 19,Page 1,手机电源基础知识,Rev. X1 September 19,Page 2,1. 电池基础知识 2. 常用电源模块 3. 高通PM8029电源管理芯片介绍,Rev. X1 September 19,Page 3,1、电池基础知识,锂离子电池根据锂离子电池所用电解质材料不同,锂离子电池可以分为液态锂离子电池(lithium ion battery, 简称为LIB)和聚合物锂离子电池(polymer lithium ion battery, 简称为LIP)两大类。聚合物锂离子电池所用的正负极材料与液态锂离子都是相同的,电池的工作原理也基本一致。

2、它们的主要区别在于电解质的不同, 锂离子电池使用的是液体电解质, 而聚合物锂离子电池则以固体聚合物电解质来代替。相比液体锂离子电池,聚合物锂离子电池能量高,安全性能好,而且可以做到很薄,但是价格比较贵。目前我们使用的大都还是液态锂离子电池。,Rev. X1 September 19,Page 4,1、电池基础知识,镍氢电池:镍氢电池是有氢离子和金属镍合成 ,单元电池额定电压低。价格比较便宜,性能比锂电池差,目前手机上一般都不是用镍氢电池。,Rev. X1 September 19,Page 5,1.电池基础知识,电池的组成:我们所用的锂离子电池是有电芯和保护板两部分组成。电芯负责储蓄电池的电量

3、,保护板用来保护电池过充和过放。一般电芯的铝壳为正极。电池保护电路框图,Rev. X1 September 19,Page 6,BUCK 型DC-DC,2、常用的电源模块,Step Down “Buck” Converter,Step UP “Boost” Converter,Rev. X1 September 19,Page 7,2、常用的电源模块,BUCK型DC-DC的工作原理: 当开关闭合时候,电流 当电感线圈未饱和前电流线性增加;电容C充电,电压上正下负;当开关断开时(图b),电感线圈L中的磁场将改变线圈两端的电压极性,以保持电流 不变;此电容 C处于放电状态,有利于维持 和 不变。,

4、Rev. X1 September 19,Page 8,2、 常用电源模块,主要关系式: 当开关闭合时波形如右图所示, 当开关闭合时,电感电流线性上升, 增量为:,Rev. X1 September 19,Page 9,2、 常用电源模块,时间段内流过电感的电流增量为:稳态时候两个电流变化相等即:整理得:由以上公式可以看出,输出电压随占空比的变化而变化,以上公式是在电感电流连续的情况下得出的;电感电流不连续的情况推导公式类似,在此不再分析。,Rev. X1 September 19,Page 10,降压型DC-DC功率电感的选择要点: 1)电感值 2)直流阻抗 3)饱和电流 电感值一般采取DC

5、-DC规格书推荐值,并非越大越好。直流阻抗一般越低越好; 电感电流计算:电感的饱和电流要大于平均电流加上二分之一的纹波电流,具体公式如下:,2、 常用电源模块,Rev. X1 September 19,Page 11,2、常用电源模块,Boost 型DC-DC,Step UP “Boost” Converter,Boost变换器电路原理图,Rev. X1 September 19,Page 12,2、常用电源模块,当开关打开时(图a),流过电感的电流 在电 感线圈未饱和前线性增加,电能以磁能的形 式存在电感线圈中。此时电容C放电,电阻R 上的电压上正下负;当开关闭合时(图b),由于线圈L中的磁

6、 场将改变L中的电压极性以保持 不变;这样 线圈L中的磁能将转变为电压 和电压 串联 高于 电压向电容C和电阻R供电。高于 时 电容C充电,等于 时充电电流为零,低于 时,电容C放电以保持 不变;由于 高于 所以称之为升压变换器。,Rev. X1 September 19,Page 13,2、常用的电源模块,电感电流连续波形图,当开关S打开时, 线性上升,其电流增量为(D1为接通时间占空比);当开关S闭合时, 线性下降,其增量为:(D2为断开时间占空比)两个稳态时候电流的变化量相等:化简得:,Rev. X1 September 19,Page 14,2、常用电源模块,升压型DC-DC功率电感的

7、选择:在升压电路中电感的饱和电流要满足最大电流的要求,最大的输出电流为额定输入电流与二分一纹波电流的和。,Rev. X1 September 19,Page 15,2、常用电源模块,LDO(低压差线性稳压器)线性稳压器使用在其线性区域内运行的晶体管(放大区)或 FET(可变电阻区),从应用的输入电压中减去超额的电压,产生经过调节的输出电压。所谓压降电压,是指稳压器将输出电压维持在其额定值上下 100mV 之内所需的输入电压与输出电压差额的最小值。,Rev. X1 September 19,Page 16,2. 常用电源模块,其工作过程为:取样电压加在比较器A的同相输入端,与加在反相输入端的基准

8、电压Uref(通过稳压管实现)相比较,两者的差值经放大器A放大后,控制串联调整管的压降,从而稳定输出电压。当由于某种原因(如电网波动或负载电阻的变化等)使输出电压Uout降低时,取样电压与基准电压的差值为负增加,拉低基极电位,比较放大器输出的驱动电流增加,串联调整管压降减小,从而使输出电压升高。相反,若输出电压Uout超过所需要的设定值,取样电压与基准电压的差值为正增加,基极电位升高,比较放大器输出的前驱动电流减小,从而使输出电压降低。供电过程中,输出电压校正连续进行,调整时间只受比较放大器和输出晶体管回路反应速度的限制。,Rev. X1 September 19,Page 17,2. 常用的

9、电源模块,LDO的以下几个参数在手机设计中特别重要: 输出电压(Output Voltage)输出电压是低压差线性稳压器最重要的参数,也是电子设备设计者选用稳压器时首先应考虑的参数。低压差线性稳压器有固定输出电压和可调输出电压两种类型。固定输出电压稳压器使用比较方便,而且由于输出电压是经过厂家精密调整的,所以稳压器精度很高。 最大输出电流(Maximum Output Current)用电设备的功率不同,要求稳压器输出的最大电流也不相同。通常,输出电流越大的稳压器成本越高。为了降低成本,在多只稳压器组成的供电系统中,应根据各部分所需的电流值选择适当的稳压器。 输入输出电压差(Dropout V

10、oltage)输入输出电压差是低压差线性稳压器最重要的参数。在保证输出电压稳定的条件下,该电压压差越低,线性稳压器的性能就越好。LDO的工作条件:Vin = Vdrop + Vout。输入电压满足此条件,LDO才能正常工作。,Rev. X1 September 19,Page 18,2. 常用的电源模块,LDO的负载调整率(Load Regulation)即LDO的稳定性与瞬态响应,由于负载电流动态变化大,要求LDO的稳定性与瞬态响应性能好,否则导致系统工作异常。 PSRR参数PSRR,就是 Power Supply Rejection Ratio 的缩写,中文含意为“电源抑制比”。也就是说,

11、 PSRR 表示把输入与电源视为两个独立的信号源时,所得到的两个电压增益的的比值。基本计算公式为:PSRR 的单位为分贝(dB),采用对数比值。PSRR 越大,输出信号受到电源的影响越小。LDO的输出噪声,这直接关系到输出电源的干净与否。,Rev. X1 September 19,Page 19,2. 常用的电源模块,Charge pump (电荷泵)Charge Pump即为电荷泵,利用电容(陶瓷电容、电解电容)的充放电,以及电容两端的电压不能突变,和开关的不同组合方式来实现输出不同电压,下面举两个例子来说明一下电荷泵的原理。 倍压电荷泵主要由OSC震荡电路,以及储能转换电容组成。,Rev.

12、 X1 September 19,Page 20,3. 常用的电源模块,充电阶段,OSC控制S2、S3关闭,S1、S4打开,此时电容CF两端的电压被充至Vin; 放电阶段,S1、S4关闭,S2、S3打开,电容CF和Vin串联,把电压提升到2Vin; 负压电荷泵充电阶段:S1、S3闭合,电容C1充至Vin;放电阶段:S2、S4闭合,Vout= -Vin,Rev. X1 September 19,Page 21,3. 常用的电源模块,几种电源芯片的应用:DC-DC的效率要高于LDO,在一般芯片的核电压以及其它效率要求高的地方要选择DC-DC作为电源转换芯片;在一般的外围模块,如果摄像头,传感器等一般用LDO就可以了。Charge Pump一般用在LCD的背光驱动芯片等。,

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