DC-DC指直流转直流电源(Direct Current)。是一种在直流电路中将一个电压值的电能变为另一个电压值得电能的装置。如,通过一个转换器能将一个直流电压(5.0V)转换成其他的直流电压(1.5V或12.0V),我们称这个转换器为DC-DC转换器,或称之为开关电源或开关调整器。
其主要特点是效率高:与线性稳压器的LDO相比较,效率高是DCDC的显著优势。通常效率在70%以上,效率高的可达到95%以上。其次是适应电压范围宽。
A:调制方式1:PFM(脉冲频率调制方式)
开关脉冲宽度一定,通过改变脉冲输出的频率,使输出电压达到稳定。PFM控制型即使长时间使用,尤其小负载时具有耗电小的优点。
2:PWM(脉冲宽度调制方式)
开关脉冲的频率一定,通过改变脉冲输出宽度,使输出电压达到稳定。PWM控制型效率高并具有良好的输出电压纹波和噪声。
B:通常情况下,采用PFM和PWM这两种不同调制方式的DC-DC转换器的性能不同点如下。
PWM的频率,PFM的占空比的选择方法。PWM/PFM转换型小负载时实行PFM控制,且在重负载时自动转换到PWM控制。
A、 Buck(降压型DC/DC转换器)
B、Boost(升压型DC/DC转换器)
C、Buck-Boost(升降压型DC/DC转换器)
该设备还具有运输和休眠模式,这是最低静态电流状态。它们将电池与系统断开连接,并降低设备的静态电流以延长电池寿命。休眠模式可在正常运行期间使用,因为设备可以在预配置的超时后自动唤醒。这使得将电池寿命延长到最大容量成为可能。
该充电器支持可充电锂离子、锂聚合物或 LiFePO 4 电池。连接到VBAT引脚的电池组必须包含以下保护电路:
- 过压保护
- 欠压保护
- 过流放电保护
- 热熔断器可防止过热(如果没有 NTC 热敏电阻)
热保护功能
一旦达到此温度,充电将停止,但所有其他功能仍保持活动状态。当芯片温度达到主机软件可编程温度DIETEMPRESUME时,充电将重新启动。
VOUT = 3.3 V 系统效率,MODE = AUTO,VIN = 3.8 V
在图中,负载电流从 100 nA 扫描至 200 mA,可以看到10uA之后的效率就达到90%以上。
最大的承受极限
推荐的环境
接下来看系统调节器:
它为VSYS供电,但不调节其电压。如果 VBUS 电压在规定限度内,则VSYS上的 VBUS 电压被视为供电电压。这个意思是说和电池链路有次序关系。
有两个符合 USB 标准的精确电流限制:IBUS 100MA(100 mA)和IBUS 500MA (500 mA)。
VBUS的过压阈值为VBUS OVP 。
VBUS的欠压阈 值为VBUS MIN。
当 VBUS电压高于过压阈值 VBUS OVP或低于欠压阈值 VBUS MIN时,SYSREG 被禁用。这将隔离 VBUS并防止电流从VSYS流向 VBUS。
什么时候有这样的事件产生呢?在USB插拔时会出现
USB 充电器检测通过引脚CC1和 CC2执行。这些引脚必须直接连接到 USB 连接器才能进行检测。这些引脚具有内部下拉电阻,其电阻等于Rd。
不小呢
当设备插入墙上适配器或 USB 电源时,USB 端口检测会自动运行。其中一条 CC 线路连接到电源的上拉电阻。另一条 CC 线路保持下拉状态。相应 Rd上的电压决定是否建立了连接以及 SYSREG 是否可以提供 500 mA 或更高的电流。因为USB上面
阈值为V RDCONN、 V RD1A5和V RD3A的比较器 在 VBUS 存在时监测 CC 线路电压。所有比较器输出均通过t RDDEB进行去抖动,并通过寄存器USBCDETECTSTATUS提供给主机软件。
也就是说在连接USB后,上面检测到的电压信息可以输出到寄存器。
在检测到电源能力之前,将使用默认的 100 mA VBUS 电流限制。
主机软件可以在检测到设备后更新VBUSINILIM0中的 VBUS 电流限制。
当 USB 电缆拔出并重新插入或发生重置时,将使用默认电流限制。
压流图
500mA的限制
选择 VBUS 的输入电流限制,都可以使用IIC来控制,等下去调试
VBUS CC 比较器状态标志
以上是电源管理,主要是UBS输入端的一些控制。
- VBUS电压存在时,电池充电开始。
- 当检测到电池时,涓流充电开始。
- 当电池电压高于V TRICKLE_FAST时,恒流充电开始。
- 电池电压达到V TERM后,充电器进入恒压充电。
- 在监测流入电池的电流的同时,维持电池电压。
- 当流入电池的电流降至I TERM以下时,充电完成。
- 使用寄存器BCHGENABLECLR可禁用充电。
充电周期
充电电流限值以 2 mA 为步长设置在 32 mA 至 800 mA 之间。
充电电流 I CHG由 TWI 配置,默认值为 32 mA。这个设置是重启后启用,我想的是可以做一颗恒流
支持三种 NTC 热敏电阻,用于电池温度(T BAT)监控。
LED 驱动器通过 TWI 配置,以指示在涓流模式、恒定电流模式、恒定电压模式或充电时充电是否处于活动状态。
充电完成时,充电指示灯熄灭。充电开始时,充电指示灯亮起。由于芯片温度超过配置的限制,CHARGER 暂时禁用时,充电指示灯熄灭。
CHARGER 管理电池电流以维持VSYS电压。
当VBUS连接且电池充满电时,电池处于隔离状态。此条件下,VSYS为VBUS供电 。当VBUS断开时,CHARGER从VBAT为VSYS供电。
当VBUS已连接且电池正在充电时,系统负载要求优先于电池充电电流 。在充电期间,如果系统电流负载超过IBUS LIM,则电池充电电流会降低以维持 VSYS电压。CHARGER 会降低电流以维持内部电压V CHDROPOUT高于 VBAT电压。如果需要更多电流,CHARGER 会进入补充模式以从电池提供电流,最高可达IBAT LIM。
接下来就是BUCK了:
- 可配置 TWI 以强制 PWM 模式,从而最大程度地减少输出电压纹波
- 可配置输出电压在 1.0 V 至 3.3 V 之间
BUCK 的输出电压范围可通过 TWI 进行编程。默认输出电压选择位于引脚VSET1和VSET2上,这些引脚使用外部电阻器配置为GND。
这个引脚的输出只在启动时有效,两个配置的引脚
BUCK 默认在自动模式下运行。
在自动模式下,BUCK 针对低负载电流选择滞后模式,针对高负载电流选择 PWM 模式。
BUCK是有电感的,特别的给出了电感的推荐值
还有电容
这个是后面的电气规格,输出精度到10%,维持最小的VSYS电压是2.7V。降压效率有93%,PWN频率是3.6MHz。
电池电压4.35V,输出3V
大电流的PFM输出模式,电压为2V
这个是电池电压3.8V,输出2V,GPIO控制BUCK启动的示波器图,等下测试。
PWM模式
PFM模式
自动模式下的极端负载瞬变
看一个3.3V的PWM效率吧
VOUT = 1.8 V:FFT 200 mA:PWM:时钟 = 3.8 MHz,这个FFT图,我还没有看出来真实的频率是多少。
我突然有个大胆的想法,做一个输出的电源。