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如何为笔记本电脑选择合适的电源管理IC

2013年01月04日 13:53 次阅读

  在笔记本电脑中,高效率的电源管理电路能够提供较长的电池寿命,而且只占用较小的电路板尺寸,同时还可以提供低噪声、低成本、极短的设计周期等优势。先进的模拟IC公司针对各种便携产品推出了众多电源管理IC,对于笔记本电脑设计者来说,首先需要考虑的是根据特定设计目标选择合适的产品。

  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。

  

  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&TImes;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。

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偏置时序控制要求,如何让电源不“跑偏”!

富士通推二合一笔记本StylisticQ738 ...

富士通近日推出的二合一笔记本StylisticQ738主要面向商务人士,并特地加强了它的物理防护性能...

发表于 2018-01-29 15:16 317次阅读
富士通推二合一笔记本StylisticQ738 ...

联想IdeaPad 720S轻薄本详细评测 AM...

随着科技和社会的进步,现在的笔记本电脑都具有易便携和出色性能等特点,那么尺寸就是备受关注的问题了。今...

发表于 2018-01-26 14:55 1775次阅读
联想IdeaPad 720S轻薄本详细评测 AM...

联想小新潮7000拆解评测:14寸轻薄独显本做工...

联想小新潮7000是一款既有轻薄外观,又兼具优良的性能的产品,而更重要的是,它还是一款拥有128GB...

发表于 2018-01-26 14:24 2965次阅读
联想小新潮7000拆解评测:14寸轻薄独显本做工...

2017年燃料电池行业发生的大事件TOP10

据中国氢能源网2017年12月12日报道,Christopher Howe小组的研究人员以及剑桥石墨...

发表于 2018-01-26 09:30 3809次阅读
2017年燃料电池行业发生的大事件TOP10

锂离子电池的隔膜检测手段和方法

隔膜的作用是使电池的正负极分开,防止正负极接触而引发安全问题,同时,其微孔结构可以使得电解液离子通过...

发表于 2018-01-26 09:17 3052次阅读
锂离子电池的隔膜检测手段和方法

第二代多处理器SoC,实现最佳低成本电源解决方案

Xilinx Zynq UltraScale+ MPSoC设计有多个电源域,然后每个电源域会进一步细...

发表于 2018-01-25 09:29 2409次阅读
第二代多处理器SoC,实现最佳低成本电源解决方案

反激开关MOSFET源极流出的电流精细剖析

大家都知道这个尖峰是开关MOS开通的时候出现的,根据反激回路,Ids电流环为Vbus经变压器原边、然...

发表于 2018-01-25 09:23 2402次阅读
反激开关MOSFET源极流出的电流精细剖析

Windows 10 ARM笔记本20小时的长续...

高通和微软共同推出的Windows 10 ARM笔记本具有超强的续航能力,但是长续航却遭到了用户的怀...

发表于 2018-01-24 13:44 149次阅读
Windows 10 ARM笔记本20小时的长续...

笔记本怎样接投影机

投影机作为一种常见办公设备,它的使用需要和计算机进行连接。这样一来,我们可以通过输送将计算机上的图像...

发表于 2018-01-23 16:38 229次阅读
笔记本怎样接投影机

超极本和商务本有什么区别_超极本和笔记本哪个好

商务本,超级本和笔记本是几个容易混淆的概念。在购买之前还是非常有必要了解下的。本文讲详细带大家了解什...

发表于 2018-01-23 11:20 315次阅读
超极本和商务本有什么区别_超极本和笔记本哪个好

电源管理IC类别与全球电源管理芯片厂商大盘点

1、德州仪器(TI,2011年收购了国家半导体NS(National Semiconductor)产...

发表于 2018-01-18 22:52 2376次阅读
电源管理IC类别与全球电源管理芯片厂商大盘点

Allegro MicroSystems,LLC...

LLC宣布推出一款新型电源管理IC ARG82800,它集成有一个降压或降压/升压预稳压器、四个LD...

发表于 2018-01-17 15:35 3774次阅读
Allegro MicroSystems,LLC...

降压、升压和降压-升压拓扑结构及案例分享

尽管降压转换器在输入端具有脉冲电流,但由于的电感 - 电容(LC)滤波器位于转换器的输出端,输出电流...

发表于 2018-01-17 08:54 2502次阅读
降压、升压和降压-升压拓扑结构及案例分享

请教大家一个供电问题,某居民楼自备一台发电机,当旁晚该楼用电负荷增大的时候

发表于 2018-01-16 11:40 604次阅读
请教大家一个供电问题,某居民楼自备一台发电机,当旁晚该楼用电负荷增大的时候

高通芯片跨界竞争 给PC带来新生也带来了血战

高通芯片已经实现了从手机端到PC端的跨越,不可否认的是始终连接的方式给疲软的PC市场带来了新生,同时...

发表于 2018-01-12 16:29 151次阅读
高通芯片跨界竞争 给PC带来新生也带来了血战

设计或应用时如何攻克电源的EMI难题

随着微电子技术的高速发展,实际应用对开关电源提出更苛刻的技术要求,不仅讲究高效率、高功率密度,且为保...

发表于 2018-01-12 09:39 2083次阅读
设计或应用时如何攻克电源的EMI难题

ThinkPad X1 Carbon和X1 Yo...

杜比推出来多款杜比技术的产品线,其中ThinkPad X1 Carbon和X1 Yoga成首批支持杜...

发表于 2018-01-11 15:19 199次阅读
ThinkPad X1 Carbon和X1 Yo...

通嘉推出最新电源方案 获得Qualcomm QC...

在电源管理领域拥有丰富经验的通嘉科技(TAIEX:3588),于2018年1月正式宣布对45W NB...

发表于 2018-01-10 10:30 261次阅读
通嘉推出最新电源方案 获得Qualcomm QC...

联想在CES 发布骁龙835平板二合一PC,起售...

在今年的 CES 消费电子展上,联想推出搭载骁龙835平板二合一笔记本Miix 630,是目前世界上...

发表于 2018-01-09 17:40 272次阅读
联想在CES 发布骁龙835平板二合一PC,起售...

笔记本电池充放电fuse烧毁,主板烧毁原因分析

发表于 2017-12-28 17:18 553次阅读
笔记本电池充放电fuse烧毁,主板烧毁原因分析

自在行AM120笔记本台式电脑可爱个性创意女生无线鼠标

发表于 2017-11-20 11:08 104次阅读
自在行AM120笔记本台式电脑可爱个性创意女生无线鼠标

急,LM2596产生-5V电压仿真失败

发表于 2017-08-21 18:42 995次阅读
急,LM2596产生-5V电压仿真失败

笔记本电脑主板的详解

发表于 2017-08-10 09:54 750次阅读
笔记本电脑主板的详解

IMX6用它的专用电源管理芯片MMPF0100配合工作出现IMX6发烫的情况

发表于 2017-07-09 20:16 1080次阅读
IMX6用它的专用电源管理芯片MMPF0100配合工作出现IMX6发烫的情况

秋叶系统Ghost Win8.1 UP3 x86纯净版v2017.05

发表于 2017-06-21 09:20 318次阅读
秋叶系统Ghost Win8.1 UP3 x86纯净版v2017.05

秋叶系统Ghost Win8.1 UP3 X64纯净版v2017.05

发表于 2017-06-20 20:53 407次阅读
秋叶系统Ghost Win8.1 UP3 X64纯净版v2017.05