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功率电感:结合IC设计和通用MCU实现同步Boost移动电源(三)

来源:    作者:     发布时间:2014-12-29 18:17:11     点击数:
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3.3 开关损耗

  当 NMOS关断后,在PMOS管还未导通的DT1时间内,Boost电压通过其PMOS管的体二极管输出,因体二极管的压降较大,这会带来功率损耗,但由于 MOS管开关时间在几十纳秒以内,因此在整个导通周期内损耗不大。恰当设计ASI电感器C的延时时间,通过ASIC的Option Pin脚使延时时间长度可变,并选择合适的MOS管,即可使DT时间略大于PMOS管的开关时间,保证两个MOS管不会同时导通,并减少开关损耗。

  与肖特基二极管相比,由于PMOS的导通电阻低,管压降小,从而提高了效率,理论上肖特基的压降约为0.3V,在5V/1A输出时,肖特基上浪费的功率约为 0.3V*1A=0.3w,约为输出功率的6%,这样,若不计MOS管的导通电阻与开关损耗,理论上同步Boost效率比二极管续流高约6%,常用的低压功率NOS管如8205A或P2804NVG在1A电流时导通电阻只有几十毫欧,模压电感器生产厂家开关时间只有几十纳秒,所以实测结果显示同步Boost方案的效率提高明显,功率电感器件发热较低,与理论分析相符。

  3.4 竞争力与成本

  除了肖特基外,电感,导线,电路板走线都会发热,因此输出电流500mA以上时,二极管Boost的移动电源很难做到90%以上的效率,而同步Boost较容易达到,对于大容量移动电源而言,两种方案因效率产生的电池成本差别非常大,并且同步Boost移动电源本身因发热而产生的温度上升幅度很小,因此,容量越高、电流越大的移动电源,在技术指标、成本和用户体验三个方面,非同步Boost方案越缺乏竞争力。由于不同MOS管的开关导通时间不同,ASIC的延时时间可以通过增加或减少延时门的数量来调节。经测算,在0.5um工艺下,不计Pad时,Layout的面积小于0.4mm^2,成本很低。

插件电感制造商  4. MCU选型及软件流程说明

  使用通用MCU的PWM驱动Boost升压,实现移动电源方案,在MCU选型时,其PWM的输出频率最好在100KHz以上,否则需要很大的电感和滤波电容,MCU应当有8bit以上的AD能力。我们分析过HOLTEK、海尔、义隆、Sonix、芯睿等消费电子常用的MCU资料,均有可以达到这一要求的通用MCU型号。

  移动电源软件流程主要包含三部分:主循环,充电管理,放电管理等。我们分别使用过台湾Holtek的HT46R066、海尔的HR6P71、芯睿的MK7A22P三种MCU,实现了由MCU的PWM驱动的移动电源方案,以下流程经实际验证是可行的。

  4.1 主循环

  外部电源接入时,进行充电管理;外部负载接入时,进行放电管理。按键按下时进行LED电量显示,按键长按时打开手电筒功能。在整个充放电过程中进行温度检测保护,在整个充电过程中保持LED输出。放电时若超过10秒无按键,则进入到低功耗模式,关闭LED。

  4.2 充电管理

  充电管理主要功能为:当电池电压小于3V时,进行涓流(1/10C)充电;当电池电压在3V-4.2V时进行恒流充电。当电池电压大于4.2V时,进行恒压充电直至充电电流小于1/10C,此刻认为电池充满,用于电量显示的LED全亮。

  4.3 放电管理

  放电管理主要流程为,产生PWM信号驱动Boost升压,由MCU的AD Pin检测输出电压,当输出电压低于5V或高于时,改变PWM的占空比,控制Boost升压的幅度,实现恒压。通过串联在输出电路上的电阻,检测电阻压降的AD值,改变PWM占空比,实现恒流输出和限流保护。如果MCU的AD位数小于10位,也可采用软件算法限流,实际测试可用,但控制电流的精度较低。


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