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1 引言 便攜式產(chǎn)品電源管理集成電路的研發(fā)己擁有脈沖頻率調制(PFM)、脈沖寬度調制(PWM)及數字電源管理芯片的設計技術(shù)，并己有先進(jìn)水平的系列升壓芯片設計與產(chǎn)品。尤其是綠色能源管理芯片與分布式太陽(yáng)能最大功率跟蹤系統己經(jīng)問(wèn)世。本文將對分布式太陽(yáng)能最大功率跟蹤系統與脈沖頻率調制(PFM)/脈沖寬度調制(PWM)混合調制電路技術(shù)特征與應用作分析說(shuō)明。為此，將按照以下次序進(jìn)行分析：流程內容的列表→LED恒流驅動(dòng)→原理框圖→管腳定義→典型應用等。 2 IV0300分布式太陽(yáng)能最大功率跟蹤系統(DMPPT) 目前市場(chǎng)上光伏系統一般都安裝了太陽(yáng)能最大功率跟蹤系統。但普遍存在一個(gè)現象，即太陽(yáng)能光伏系統中某一陣列受損將直接影響到輸出，造成能源浪費，因而就出現分了分布式太陽(yáng)能最大功率跟蹤系統(DMPPT)。在此系統中，每組太陽(yáng)能電池陣列獨立工作，互不影響，從而大大提高了光伏系統整體轉換效率。本文以IV0300為例進(jìn)行說(shuō)明。IV0300是一款太陽(yáng)能充電控制芯片，適用于一節到四節太陽(yáng)能電池給兩節到四節鎳氫電池或者單節鋰電池充電，能承受1.5A的峰值輸入電流。 ⑴工作特征 當太陽(yáng)光達到一定照度時(shí)，使得IV0300使能端(EN)收到一高電平或太陽(yáng)能電池板上電壓大于1/3充電截止電壓時(shí)，DMPPT組件將自動(dòng)啟動(dòng)，開(kāi)始對蓄電池充電。IV0300設有過(guò)充保護和充電結束指示引腳，有效防止蓄電池過(guò)充而影響到其使用壽命。 ①主要特性 具有過(guò)充保護與充電完成結束指示、CVT恒電壓算法及太陽(yáng)能轉換效率提高。 ②典型應用 可用于光伏照明，如路燈、庭院燈、草坪燈、景觀(guān)照明等；公用設施應用，如公交站點(diǎn)、路標指示、安全檢查區等。 ⑵ 管腳定義 ISIN-太陽(yáng)能輸入；CSMP-采樣電容；VSD-關(guān)斷電壓調整輸入；Vref-參考輸出；VOC-過(guò)充保護；CHEND-充電結束指示；BOUT-電池輸出；LX-與電感連接；BGND-電路地；EN-使能端。 ⑶ IV0300典型應用 ① 太陽(yáng)能路燈系統 光伏照明現已普遍用在家庭照明，景觀(guān)照明，城市亮化等方面。典型的應用就是太陽(yáng)能路燈，它具有亮度高、安裝簡(jiǎn)便、工作穩定可靠、不敷設電纜、不消耗常規能源、使用壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)。我們設計的太陽(yáng)能路燈采用了分布式太陽(yáng)能最大功率控制(DMPPT)技術(shù)，其系統架構見(jiàn)圖1所示。 圖1 太陽(yáng)能路燈系統架構 ② 太陽(yáng)能路燈系統工作原理 此系統包括6大部分：光伏組件(太陽(yáng)能電池板)，分布式太陽(yáng)能最大功率跟蹤系統(DMPPT)，蓄電池(1000AH)，微處理器(MPU)，直流電源轉換，LED路燈(30W-50W)。在此系統中太陽(yáng)能給蓄電池充電通過(guò)分布式最大功率跟蹤(DMPPT)進(jìn)行控制，采用并聯(lián)方式，每組太陽(yáng)能電池板獨立工作，分別對蓄電池充電。蓄電池通過(guò)直流電壓轉換芯片，得到滿(mǎn)足路燈工作所需電壓和微處理器(NPL)工作電壓。微處理器(MPU)控制路燈的開(kāi)啟關(guān)閉和電池的選擇，采用光控開(kāi)，定時(shí)關(guān)。當夜幕降臨時(shí)，微處理器(MPU)通過(guò)檢測光強啟動(dòng)LED自動(dòng)點(diǎn)亮，點(diǎn)亮—定時(shí)間后，其內部定時(shí)器控制LED自動(dòng)關(guān)閉，有效做到節能降耗。點(diǎn)亮時(shí)間一般設定為（6-10）h，該時(shí)間受區域限制，一般南方地區設定為（6-8）h，北方地區設定為(8-10)h。本系統設定的為10h。該系統采用的是大容量蓄電池小功耗照明，一次充足電后，可以連續工作7天，且避免了在使用過(guò)程中造成蓄電池過(guò)放電而損壞其使用壽命。另外，由于使用了IV0300，整個(gè)系統在晚上關(guān)閉前（即光強較弱時(shí)）還能工作，繼續充電。 ③ 系統優(yōu)點(diǎn)：平均每年多生產(chǎn)10%-12%的電能；分布式的直流總線(xiàn)降低了傳輸電力損耗；兼容不同廠(chǎng)商的控制器到同一陣列中；太陽(yáng)能電池板可以混合使用不同的角度；可靠性高，大大降低了維護成本；方便測試每組太陽(yáng)能電池板上電壓，以便了解和預測整個(gè)系統的性能。 3 新型高效率升壓/降壓DC-DC轉換器 3.1高效率無(wú)縫切換升壓/降壓DC-DC轉換器 MAX8625A PWM升/降壓調節器是針對便攜式電池供電設備中的數字邏輯電路、硬盤(pán)驅動(dòng)、電機及其它負載供電而設計，適用于PDA、蜂窩電話(huà)、數碼相機(DSC)、MP3播放器等產(chǎn)品。MAX8625A在2.5V～5.5V輸入范圍內可提供固定3.3V或可調(1.25V～4V)輸出，電流高達0.8A。MAX8625A采用2A峰值限流。專(zhuān)有的H橋技術(shù)在所有工作模式下可提供無(wú)縫切換，消除了其它器件中存在的尖峰干擾。4個(gè)內部MOSFET(2個(gè)開(kāi)關(guān)和2個(gè)同步整流器)提供內部補償，大大減少了外部元件數。SKIP輸入用于選擇低噪聲、固定頻率PWM模式或高效跳脈沖模式。如果選擇跳脈沖模式，輕載時(shí)轉換器將自動(dòng)切換至PFM模式，進(jìn)一步提高輕載效率。內部振蕩器工作在1MHz，允許使用小尺寸外部電感和電容。MAX8625A的限流電路在輸出過(guò)載時(shí)關(guān)斷器件。此外，軟啟動(dòng)功能有助于抑制啟動(dòng)過(guò)程的浪涌電流。該器件還具有真正的關(guān)斷(True Shutdown?)功能，器件禁用時(shí)，斷開(kāi)輸入端與輸出端的連接。MAX8625A采用3mm×3mm、14引腳TDFN封裝。圖2左為MAX8625A引腳功能與應用示意圖，圖2右為跳脈沖、FPWM模式下效率與負載電流的關(guān)系。其優(yōu)點(diǎn)是單個(gè)電感、引腳可選的強制PWM(FPWM)或跳脈沖模式，僅需四個(gè)外部元件。 圖2 MAX8625A引腳功能與應用示意圖（左）； 跳脈沖、FPWM模式下效率與負載電流的關(guān)系（右） MAX8625A的主要特征：4個(gè)內部MOSFET實(shí)現真正的H橋升/降壓轉換；升、降壓之間無(wú)擾動(dòng)切換；切換過(guò)程中輸出紋波變化最��；效率高達92%；跳脈沖模式下靜態(tài)電流只有37?A(典型值)；輸入范圍2.5V～5.5V；固定3.3V輸出或輸出可調；1?A(最大值)邏輯控制關(guān)斷；真關(guān)斷，輸出過(guò)載保護；內部補償與內部軟啟動(dòng)；1MHz開(kāi)關(guān)頻率與熱過(guò)載保護；小尺寸3mm×3mm、14引腳TDFN封裝。 3.2更高效的1.4MHz SOT23電流模式升壓型DC-DC轉換器 1.4MHz SOT23電流模式升壓型DC-DC轉換器MAX5042是全新的熱插拔、隔離式、PWM轉換器，集成了熱插拔控制器、PWM控制器和功率MOSFET。具有50W電源，元件數減少了65%，PCB面積比1/4磚模塊小40%，成本比50W模塊低80%，熱關(guān)斷保護內部功率MOSFET和IC，無(wú)限期短路保護，2.5W熱增強TQFN封裝。圖3為MAX5042引腳功能與應用示意圖。 圖3 MAX5042引腳功能與應用示意圖 4 帶內部開(kāi)關(guān)的高效降壓型DC/DC轉換器 ADP2105/ADP2106/ADP2107構成低靜態(tài)電流、同步、降壓型DC/DC轉換器產(chǎn)品系列，它們采用4mm×4mm LFCS小型封裝。在中高負載電流時(shí)，該系列芯片使用電流模式、恒定頻率、PWM控制方式以達到優(yōu)良的穩定性和瞬態(tài)響應。為了保證便攜式應用中最長(cháng)的電池壽命，ADP210在輕負載時(shí)使用節省功耗的PFM控制模式以減少開(kāi)關(guān)頻率節省功耗。圖4為帶內部開(kāi)關(guān)的高效降壓型DC/DC轉換器引腳功能與應用示意圖。 圖4 帶內部開(kāi)關(guān)的高效降壓型DC/DC轉換器引腳功能與應用示意圖 可在個(gè)人數字助理(PDA)、無(wú)線(xiàn)手機、數字音頻、數碼相機、1枚鋰離子電池和鋰聚合電池以及3枚堿鎳電池等設備上應用。 5 采用1MHz、600mA PWM降壓轉換器驅動(dòng)DSP核只需廉價(jià)電容 MAXl821是一款全新的1MHz PWM轉換器，它采用低ESR的陶瓷型輸入和輸出電容，具有優(yōu)異的電源及負載調整特性，適合于驅動(dòng)最新的DSP核。精密的電源及負載調整特性是通過(guò)創(chuàng )新的電流模式控制機制獲得的。獨特的斜率補償和寬帶誤差放大器，以及一個(gè)簡(jiǎn)單的外部補償電路，使轉換器僅需小巧的4.7μF陶瓷電容即可穩定工作。 MAXl821能夠工作在PWM或PFM模式，以便獲得最優(yōu)化的待機和工作效率。為最大限度延長(cháng)電池壽命，MAXl821集成了低導通電阻的開(kāi)關(guān)和同步整流器，提供93%的效率。圖5為MAXl821引腳功能與應用示意圖。 圖5 MAXl821引腳功能與應用示意圖 主要特性：保證輸出電流600mA；1MHzPWM開(kāi)關(guān)頻率；僅需4.7μF陶瓷電容；出色的電源和負載調整；可同步至2.5G(19.8MHz)或3G(13MHz)系統時(shí)鐘；1.25V～5.5V可調節輸出電壓；無(wú)需肖特基二極管。 6 PFM/PWM混合調制電路的技術(shù)特征與應用 脈沖頻率調制(PFM)/脈沖寬度調制(PWM)混合調制電路是突破傳統的一個(gè)近乎完美的結合。 PFM/PWM混合調制電路是一款低靜態(tài)電流，高效率升壓DC-DC轉換芯片，它為單節充電電池及堿電池應用設備提供理想轉換。其特性為低靜態(tài)電流、低壓自鎖、電位感應自動(dòng)輸出高低檔轉換、集成同步整流、0.3Ω開(kāi)關(guān)導通電阻、能消除電感震蕩技術(shù)與過(guò)流過(guò)壓保護等。該款芯片有可以被關(guān)斷的引腳。超高的性?xún)r(jià)比是消費性電子產(chǎn)品設計的首選。 以IV0lXX系列為典型代表作分析，圖6為原理框圖。 圖6 IV0lXX系列PFM/PWM混合調制電路 ⑴ 管腳定義 LX-與電感相連；Vout-輸出端；Vdd-內部電源；Vbat-輸入；PGND-功率地；VSS-模擬地；FB-反饋端；CON-控制端 ⑵ 特性指標 輸入電壓范圍為1.0V-1.8V，輸出電壓范圍為2.0V-5.5V，轉換效率為90%，超低靜態(tài)電流；在0.95V以下低壓自鎖(UVLO)；電位感應自動(dòng)輸出高低檔轉換；具有100mV反饋輸入與可調整恒流輸出及邏輯性關(guān)閉控制；能消除電感震蕩技術(shù)與過(guò)流過(guò)壓的保護；其工作溫度范圍為40℃-85℃。 ⑶ 典型應用——LCD背光 以IV0101典型應用為例。IV0101作為一款高效直流升壓芯片，普遍用在4種設備上，即：?jiǎn)喂濇嚉涑潆婋姵鼗驂A電池手持便攜設備，LCD背光，手機背光及LED手電照明�，F僅以L(fǎng)CD背光與1W的LED手電為例作說(shuō)明。 ① LCD背光 用LED作為L(cháng)CD背光源已成為一個(gè)趨勢。主要因為L(cháng)ED不僅體積小，使用壽命長(cháng)，而且色彩表現方面也遠勝傳統的CCFL(冷陰極熒光燈)。IV0l01在一節干電池輸入時(shí)，輸出最高可達200mA，至少可驅動(dòng)6顆并聯(lián)的高亮LED(20mA，0.06W)，滿(mǎn)足3英寸的LCD背光。圖7(a)為IV0101芯片應用LCD背光設計原理圖。 (a) (b) 圖7 (a) IV0101芯片應用LCD背光設計原理圖； (b) IV0101芯片應用1W LED手電設計原理圖 圖中參數說(shuō)明見(jiàn)附錄（1）。 ② 1W LED手電方案 該電路適用于雙節干電池驅動(dòng)1W的LED手電，當輸入電壓為2.4V時(shí)，輸出電流可達300mA；2.8V時(shí)，輸出電流可達400mA以上；并且點(diǎn)亮時(shí)間長(cháng)，兩度高，恒流無(wú)閃爍感�？蔀閷�(zhuān)業(yè)照明手電提供良好電源或其他設備提供恒流電源。通過(guò)調節R3與R4的值來(lái)設置輸入電壓范圍，以達到低壓自鎖目的。圖7(b)為IV0101芯片應用1W LED手電設計原理圖。 7 PFM/PWM混合調制電路IV0102的應用 7.1 與IV0101相比的特點(diǎn) IV0102也是一款低靜態(tài)電流，高效率升壓DC-DC轉換芯片�？烧{的恒壓輸出，為單節二節三節堿電池，鎳氫電池，或單節鋰電池等手持便攜設備提供理想的電壓轉換。而特性為低靜態(tài)電流，集成同步整流，低壓自鎖，0.3Ω開(kāi)關(guān)導通電阻，消除電感震蕩技術(shù)，過(guò)流過(guò)壓保護，控制方式采用PFM/PWM。該款芯片有可以被關(guān)斷的引腳。 IV0102其特性指標與IV0101相比為輸入電壓范圍1.0V-4.5V；輸出電壓范圍：2.2V-5.5V；控制方式：PFM/PWM相結合，為可調整恒壓輸出。 7.2 IV0102應用 作為一款可調整恒壓輸出，高效率升壓直流轉換芯片，可做電源普遍用在手提便攜設備中，即有單節二節三節堿電池，鎳氫電池，或單節鋰電池手持便攜設備、便攜醫療器材、藍牙應用、手機應急充電器及便攜數碼產(chǎn)品等多種設備。值此僅以在升壓電路與手機應急充電應用為例作說(shuō)明。 ⑴ 升壓電路 IV0102作為升壓電源，最普遍的應用如圖8（a）所示。如要將此路的輸出電壓設置為5.72V，分壓電阻R1，R2由下面公式?jīng)Q定。 圖8 （a）IV0102作為升壓電源方案圖； （b）IV0102在手機應急充設備中的應用方案圖 圖中參數說(shuō)明見(jiàn)附錄（2）。 ⑵ 手機應急充電 該設計適用于雙節干電池手機應急充電設備，與傳統的單節干電池應用相比有大電流輸出、充電效率高等優(yōu)勢。當輸入電壓為2.0V時(shí)，輸出電流可達240mA、2.4V時(shí)，輸出電流可達300mA、3.0V時(shí)，輸出電流可達380mA�？蔀镹OKIA、SAMSUNG、Sony Ericsson、LG、MOTOROLA等大部分手機機型及數碼相機、MP3、MP4、PDA等數碼設備提供理想充電。圖8（b）為IV0102在手機應急充設備中的應用方案圖。 |
