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【Nordic nPM1300 EK评估套件】+功能性/可靠性/环境适应性测试 本测评方案旨在对新到的nPM1300电源管理芯片的评估套件进行全面的性能和功能测试。该套件集成了多种功能芯片，包括充电管理芯片、BUCK降压芯片、负载开关芯片、电量计芯片、看门狗芯片以及硬件复位芯片。通过本次测评，将验证其各项性能指标是否满足设计要求。以下文档分为产品概述、开发环境配置、初运行、升级应用、体验和建议、其他六个部分。测评项目主要分为功能性测试、性能测试、可靠性测试和环境适应性测试四大类。 产品概述 1.1 申请由来 5月初在面包板社区申请基于Nordic最新出品的nPM1300电源管理芯片的评估套件。传统高的电源管理是升降压、电源监控、POR复位、充放电管理等功能分立芯片的组合，但nPM1300首次将以前的分立功能集成到一颗芯片上，达到一颗顶过去八颗的效果（集成了1颗充电管理芯片、2颗BUCK降压芯片、2颗负载开关芯片、1颗电量计芯片、1颗看门狗芯片、1颗硬件复位芯片）。价值498RMB。 因顺丰没即时配送，也没通知（差评），晚了好多天才收到。到手电路： 1.2 nPM1300简介 Nordic Semiconductor nPM1300 PMIC 在2023年12月进入量产阶段。nPM1300评估套件也是采用青蓝色PCB设计，板子整体尺寸长100mm，宽64mm，采用4层PCB设计，基于AltiumDesigner设计软件。nPM1300 评测套件（Evaluation Kit，EK）可对 nPM1300 电源管理 IC（PMIC）进行简单评测和无代码配置。通过连接 nRF Connect for Desktop 中的 nPMPowerUP 应用，可以通过直观的 GUI 轻松配置 nPM1300 所有设置，并作为代码导出，在 MCU 应用中实施。 这款套件本身具有 JST 电池连接器，用于带或不带内部 NTC 之电池，以及用于接入所有 nPM1300 连接的公引脚头。此外，这款套件带有三个 LED 和四个按钮，能够简单地评测 PMIC 器件的 GPIO 和 LED 驱动器。 nPM1300主要优势： 使用 nPM PowerUP 桌面应用程序实现无缝集成和无代码配置 使用公引脚头来接入全部 nPM1300 PMIC 连接，轻易连接到外部测试设备 集成 LED 和按钮，可评测 PMIC 内置 LED 驱动器和 GPIO nPM1300主要特点： 连接 nPM1300 PMIC 上所有引脚的公引脚头，以及电池连接器 用于电源和数据通信的 USB-C 三个 LED 和四个按钮 nPM1300 - 具有先进系统管理功能的高效 PMIC • 两个高效降压稳压器 • 支持高达 800mA 充电电流的电池充电器 • 兼容 USB-C • 配合 nRF SoC 的精确电能计量 • 单或双按钮硬复位功能 • 看门狗和启动定时器 • 运输和休眠模式 (Ship- and hibernate mode) • 工作温度范围为 -40° C 至 85° C • 易于使用的 QFN 或小型 WLCSP 封装 通过 nPM PowerUP 桌面软件进行无缝配置 nPM1300常见应用场景如： 可穿戴设备 手持娱乐设备 手提式医疗设备 可充电智能家居传感器 鼠标、键盘、触摸板 体感游戏等交互式娱乐设备 低功耗传感器等IOT设备 1.3 硬件资源 官方提供所有的硬件资料，如PCB和原理图，生产设计制造所需要的钻孔文件、BOM、Gerber、贴片文件等所有文件。产品文档见： https://docs.nordicsemi.com/bundle/ug_npm1300_ek/page/UG/nPM1300_EK/intro.html 板子的硬件资源： nPM1300核心芯片，QFN32封装，所有管脚通过标准的2.54mm间距排针引出，可用于灵活评估和测量 1路SHPHLD按键，3路GPIO轻触按键，3路LED指示灯 支持两种电池接口，带NTC和不带NTC的电池 主控芯片为nRF5340，通过USB串口和上位机进行连接，并通过IIC通讯配置nPM1300的寄存器 两个USB-C接口，一路接口连接到nRF5340，作为USB串口功能，另一路接口直接连接到nPM1300 多个电压测试点，可方便使用示波器、万用表进行连接 一组外部扩展接口，可以用来连接配套的电量计扩展板 nPM1300 PMIC具体硬件及参数： 800毫安电池充电器 两个 200 mA 降压稳压器 两个 100 mA 负载开关/50 mA LDO 两键硬重置 油表 系统级看门狗和失败启动恢复 智能断电预警 五个 GPIO 三个 LED 驱动器 使用内部集成电路 (I2C) 兼容的 TWI 进行控制 USB-C 兼容 从官方提供的数据手册可以看到芯片内部结构： 主要包括以下几个部分： DC-DC BUCK转换器 电池充放电管理部分 GPIO和LED驱动部分 数字接口总线部分 负载开关部分 nPM1300详细的电气特性如下： 两路超高效的DC-DC降压输出，1.0-3.3v可调，最大200mA输出 32-800mA可调节的充电电流，步长2mA，支持NTC输入，输出电压3.5v至4.45v 对于电池容量没有限制，支持锂离子电池、锂聚合物电池和磷酸铁锂电池 两路100mA负载开关或50mA LDO，支持电压1.0-3.3v 支持USB Type-C接口，CC管脚可以直接连接到芯片管脚，芯片内部自带了5.1k下拉电阻，无需外部配置 输入电压4.0-5.5v，最高1.5A，22v过压保护 5路可配置的GPIO，3路可配置的LED输出 完全兼容I2C的TWI数字总线接口，最高支持400KHz速度 180nm工艺制造，工作温度范围-40℃至85℃，PN结温小于125℃ 两路硬件复位，看门狗定时器，唤醒定时器，通用定时器 10位精度的ADC用来测量输入电压、电池电压、电流和芯片温度 支持电量统计功能，通过内部ADC采样电池电压、电流、温度值，通过官方算法可精确进行电量统计 过压、欠压、过流保护，温度保护 超小的封装尺寸：3.1x2.4 mm WLCSP 和 5.0x5.0 mm QFN 最少只需要5个无源器件即可使用 支持超低功耗的运输模式，出厂模式静态电流为370nA 图形化界面配置，一键导出配置到用户的MCU应用中 在不同输出电流下的转换效率，最高可以达到95%左右，非常高效。其强大高效之处在于——硬件工程师不需要写代码，软件工程师不需要阅读数据手册，开箱即用，只需要在直观可视化的GUI界面里进行设置，并导出overlay文件，然后添加到你的SDK项目中即可使用。 开发环境配置 官网很详细，我就不粘了。包括硬件和软件。 https://docs.nordicsemi.com/bundle/ug_npm1300_ek/page/UG/nPM1300_EK/connect_ek.html nPM1300评估套件 (EK) 提供三个不同的开发级别，从简单评估到完整实施。 有以下开发方案可供选择： 无需编写任何代码或执行任何设备编程即可评估nPM1300 电源管理集成电路 (PMIC) 使用 EK 与 Nordic 开发套件 (DK) 来评估 PMIC 或开发您自己的nPM1300应用程序 使用 EK 和您自己的定制硬件来评估 PMIC 或开发您自己的 片上系统 (SoC) 应用程序 本文测评也按上述方案从简到繁逐步实施。 下面只写重点~ 初运行 本测评方案旨在对新到的集成电源管理电路板进行全面的性能和功能测试。该电路板集成了多种功能芯片，包括充电管理芯片、BUCK降压芯片、负载开关芯片、电量计芯片、看门狗芯片以及硬件复位芯片。通过本次测评，将验证其各项性能指标是否满足设计要求。 3.1 测评准备 3.1.1 设备与工具 所需材料 Nordic NPMI300-EK开发板 2根TpyeC-USB线 （用于供电和数据传输） 电池 （可选，用于电池管理功能测试） 多根杜邦线 （用于连接外部设备） 电阻或LED （用于测试输出） 连接步骤 USB供电 ： 使用USB线将开发板连接到电脑或USB适配器，为板子供电。 确保VBus In端口已正确连接。 电池连接 （可选）： 将电池连接到Battery端口，用于测试电池充电管理功能。 注意极性，确保正负极连接正确。 LED测试 ： 使用杜邦线将LED连接到板上的LED端口，观察LED的亮灭情况。 可通过配置来控制LED的闪烁模式。 GPIO使用 ： 将电阻或其他负载连接到GPIO端口，测试输入输出功能。 使用TWI接口与其他设备通信（需编程）。 3.1.2 文档与资料 详见官网。 https://docs.nordicsemi.com/bundle/ug_npm1300_ek/page/UG/nPM1300_EK/connect_ek.html 3.2 使用 nPM PowerUP 评估 nPM1300 3.2.1 nPM1300EK与电脑的连接 nPM1300 EK提供连接，可通过nRF Connect for Desktop中提供的 nPM PowerUP 计算机应用程序轻松配置和评估nPM1300 PMIC。本机配置64位操作系统Windows11， 机带RAM16.0GB。下载版本为5.0.0，198MB。 nRF Connect for Desktop 是一个跨平台的工具框架，适用于Windows、Linux 和 macOS，用于协助在 nRF 设备上进行开发。它包含许多应用程序，可用于测试、监控、测量、优化和编程您的应用程序。nRF Connect for Desktop 旨在与开发套件和加密狗配合使用。这些应用程序将检测连接到计算机的套件并上传所需的固件。每个应用程序支持的套件均列在文档中。 安装： https://docs.nordicsemi.com/bundle/nrf-connect-desktop/page/installing_apps.html 软硬件支持： https://docs.nordicsemi.com/bundle/nrf-connect-desktop/page/os_support.html 安装同时会装Jlink驱动。 更新电路板驱动，更新过程中不断响起连接和断开的提示音，设备选择项中出现npm1300EK信息，软件中链接状态也从offline mode改为connected。 但我这里的问题在于，usb-typec线不是专用信号线，可能因此导致pmic一直快速闪烁，换了根线后解决。 原因： nPM1300不可以独立使用，需要MCU主机通过I2C接口进行配置和控制，官方推荐的典型应用是配合nRF52 和 nRF53 系列SoC来使用，也可以在其他非Nordic芯片上使用。 解决后重启，connet连接状态显示，因为没有接电池： 各个窗口基本的功能： DASHBOARD：nPM1300芯片的整体配置 CHARGER：电池充电电流、电压配置 REGULATORS：DC-DC转换器和负载开关配置 GPIOS：5个GPIO和3个GPIO配置 SYSTEM FEATURES：系统复位、定时器、POR、输入电流等配置 PROFILES：电池模型创建和加载 GRAPH：电池电压、电流、温度实时曲线 目前软件中的模型最大支持1350mAh的，再大容量的基本就测不了。 测评项目主要分为功能性测试、性能测试、可靠性测试和环境适应性测试四大类。 3.2.2 功能性测试  充电管理芯片测试 使用锂电池，正极接VBAT，负极接GND，连接电池后的软件界面变化 图片里面的电池连接线我转接了一下，红色线和蓝色线相连接到VBAT，黑色线和白色线相连接到GND Connect显示： 同时有更详细的充电设备管理设置： 测试充电管理芯片的输入电压范围、充电电流和电压设置 测试充电过程中的效率和热表现 测试电池充满后的自动切断功能  BUCK降压芯片测试 测试输入电压范围和输出电压稳定性 测试负载调整率和线性调整率 测试转换效率 3.2.3 性能测试  电源噪声和纹波 测试电源输出的噪声和纹波 测试在不同负载条件下的纹波和噪声水平  温度性能 测试在不同工作温度下的电源性能 测试温升和散热能力 温度和噪声 性能下，输出电压相对稳定在4.2V。本想用万用表测，但没电了，就用了旁边的旧仪器测了一下，一直恒定在5V。。。一起太久了a 3.2.4 可靠性测试  长时间运行测试 在满载和不同负载条件下进行长时间连续运行测试 记录温度、效率和稳定性  异常状况测试 无模拟输入电压异常、负载突变等情况，测试电源管理芯片具有保护功能和恢复能力 3.2.5 环境适应性测试  高低温测试 测试在极限高温和低温环境下的性能表现 测试温度循环对电源管理芯片的影响  抗干扰测试 测试电源管理芯片在电磁干扰和射频干扰下的性能表现 升级应用 与以前开发的一个测量生命体征的小板子（心率血氧血压等参数，未接传感器，仅测试电压电流稳定性能）。 之前一直因为体征检测板电源模块设计的不太合理，总是因为外接传感器数量变化而波动，这次测试通过nPM1300EK稳定电源电压电流，测试了室内温度在38度和26度下电源电压电流，在原采集单位0.2ms下稳定性较无nPM1300EK精度提高2.75%。 还有一个智能家居的板子，没来得及和Nordic nPM1300EK一起测试。等有时间了一起测试下，会不会使联网性能和采集精度准度更好更稳定。 体验和建议 优点：上手简单，文档详尽，管理方便，模块可视化选项多，可视化平台管理细节丰富； 缺点：但仍有一些地方卡住。比如I2C的设置，typeC-USB线的替换，比如群里有些朋友升级驱动时遇到问题（我没遇到安装很顺利）。建议提供更详尽的使用注意事项，快速避雷。另建议附带更多操作示例。 感谢Nordic提供的 nPM1300 EK电源管理套件。感谢面包板社区提供试用机会。

Nordic Semiconductor nPM1300电源管理IC（PMIC）集成了蓝牙®低功耗嵌入式设计所需的基本功能，同时支持较长运行时间和高效电池充电。Nordic nPM1300可通过兼容I2C的两线式接口 (TWI) 进行配置。该接口可轻松访问和配置各种高级系统管理功能。这些系统管理功能包括双按钮硬复位、电池电量监测、系统级看门狗、功率损耗警告和故障启动恢复。这些功能通常用作低功耗蓝牙 (LE) 嵌入式设计中的分立元件。但nPM1300 PMIC仍将其集成到单个紧凑型封装中，从而简化了系统设计并减少了所需元件的数量。 特性： 智能系统管理特性无需分立式系统管理元件，如专用按钮复位IC和外部看门狗 超低功耗、精确电量监测功能，用于电池充电状态监控和电池运行时间估算 具有内置系统管理功能的高效PMIC 带射频主机SoC的精确电量计 看门狗和启动定时器 功率损耗警告 按钮硬复位 4个可单独控制的电源轨 2个高效降压直流-直流稳压器，电流限制为200mA 2个100mA负载开关或50mA个低压差稳压器（LDO） USB-C™兼容电池充电器，用于高达1000mAh的锂离子、锂聚合物和磷酸铁锂电池 800mA电池充电器 双按钮硬复位 硬件燃油计量 系统级看门狗和故障启动恢复 智能断电预警 船舶和休眠模式 5个GPIO 3个LED驱动器 通过兼容I2C的TWI进行控制 输入稳压器，支持USB，兼容USB-C™ PD 工作温度范围：-40°C至+85°C 01.nPM1300评估套件板载资源 NORDIC官方主页： https://www.nordicsemi.com/ 开发板资源地址地址： https://www.nordicsemi.com/Products/Development-hardware/nPM1300-EK nPM1300 评测套件（Evaluation Kit，EK）可对 nPM1300 电源管理 IC（PMIC）进行简单评测和无代码配置。通过连接 nRF Connect for Desktop 中的 nPMPowerUP 应用，可以通过直观的 GUI 轻松配置 nPM1300 所有设置，并作为代码导出，在 MCU 应用中实施。 这款套件本身具有 JST 电池连接器，用于带或不带内部 NTC 之电池，以及用于接入所有 nPM1300 连接的公引脚头。此外，这款套件带有三个 LED 和四个按钮，能够简单地评测 PMIC 器件的 GPIO 和 LED 驱动器。 说了那么多，实物长什么样子，小编就带大家来品鉴一番。 NORDIC 做的开发板几乎都是这种蓝色。板子是4层板，做的很工整的，这块板子就是用来测试nPM1300这颗芯片的性能的，需要搭配上位机使用，如果需要对其固件下载并编辑，则还要安装J-link相关驱动。 02.评估板功能测试 上位机下载地址： https://www.nordicsemi.com/Products/Development-tools/nRF-Connect-for-Desktop/Download 首先，我们要下载官方提供的上位机，因为所有开发板的功能都需要上位机软件的配合。下载地址如上，安装包下载下来以后双击图标即可安装了，一路安装即可，最后会提示是否安装J-link驱动，一般需要安装的，因为后续可能要更新开发板上面的固件。 软件安装好以后，点击图标软件即可启动，这是一个引导软件，需要不同的模块还要额外点击Install来安装，默认只安装了一个Quick Start，我们这次玩的开发板还需额外安装一个nPM PowerUP模块，点击Install即可安装，如果有的小伙伴不能下载安装，网上大神提供了一种解决方法： 管理员模式下，打开 C:\Windows\System32\Drivers\hosts 写入下面一行： 185.199.111.133 raw.githubusercontent.com 然后保存，退出记事本。如果没用管理员模式，是保存不了的。 然后再点击安装就可以安装了! 按照Quick Start上的指引，把相关外设连接好。板子上一共2个type-c接口，一个用来接PC做调试和烧写用，一个接外部电源做充电源用。当然也要把需要充电的电池都接上，如果有配套的接口直接接接上即可，如果没有就按照我的图片来飞线接到排针上。电池一定要连接好，不然上位机会提示“无电池被检测到”！连接好后，打开上位机，点击SELECT DEVIC选择我们的开发板nPM1300 Evaluation Kit，首次选择上位机会更新下载一版新的固件，下载完成后就可以连接板子成功了，开始充电点击Charger标签点击Enable就可以充电了，当然也要更具实际电池的参数设置电压电流。可以看到小编的电池已经死的不能再死了，通过这块板子慢慢救活。一共三块电池，经过一个晚上的折腾都成功救活！

电源管理中的可替换式设计选型指南 摘要 让电子产品的设计可使用不同来源的器件拥有很多好处，其利益在出现半导体器件供应短缺现象时尤为巨大，作为备份存在的多种货源常常是生产线能够正常运转的救命稻草，本文的目的是想为使用立锜电源管理器件的读者提供一些使其设计能够兼容多种货源的指引和建议。 1. 概述 新冠疫情已使一个事实变得非常清楚，半导体供应链对供应端和需求端的突然变化都很敏感，可导致从消费品到汽车和工业领域的所有用户都面临半导体在全球范围内的短缺问题，导致许多公司不得不因半导体元件供应不上而缩减产量甚至完全停止生产，因而就有许多公司开始为他们所使用的器件寻找可替代的供应商，但这常常不是一件很容易的事情，因为新器件的引入常常需要修改 PCB 的设计，许多器件在引入以前还需要做大量的测试，而产线停产的压力又持续存在。如果一开始就采用有多种器件来源的设计就会变得很有利，PCB 设计可以同时兼顾不同的器件，器件验证可采用多来源以替代单来源的策略，本文将给采用多来源策略的电源管理系统的设计提供一些需要注意的地方和建议。 2. 低压 Buck 转换器的可替换设计 小电流、低电压的Buck 转换器常常被使用在以 5V 或 3.3V 为输入、1.2V 或 1.0V 等电压为输出的应用中，它们的工作频率通常是 1.5MHz 或 2.2MHz 等比较高的频率，外围元件的尺寸通常都很小，所用封装则以 (T)SOT-23、DFN2x2-6L 或 SOT-563 等为最常见，其中的 DFN 封装有比较好的热性能，SOT-563 则有最小的尺寸。立锜科技在这个产品区间有很多型号可供选择，但从可替换设计的角度来看则以采用 ACOT® 控制架构的器件为最佳选择，它们因为需要使用的外围器件最少而给你的选择带来最大的灵活性。 2.1. ACOT® Buck转换器外围器件选型要点 反馈网络 反馈网络的阻抗对 ACOT® Buck 转换器的稳定性没有影响，使用低阻网络或高阻网络都可以稳定工作。前馈电容 Cff 应该预留，它在某些情况下会变成必须的存在，详情请看下文。假如其他厂商的器件所采用的控制架构和反馈参考电压都是相同的，那就很有可能其所需要的反馈电阻也都是相同的。 电感量 通常按照电流纹波幅度为 IC 额定电流值的 20%~40% 来选择电感量，其计算公式如下： ACOT® 架构容许在很宽的范围内选择电感量。较小的电感量可提升瞬态相应性能，而较大的电感量可带来输出纹波变小的效果，但也同时导致瞬态响应性能的下降。 输出电容 按照规格书的推荐使用输出电容值可获得输出纹波小、瞬态响应特性也好的结果。ACOT® 架构的 Buck 转换器的输出电容可在很宽的范围内作选择，但在某些组合下就需要加入前馈电容 Cff 对回路的响应进行调配，例如在输出电容和电感量都很大、输入电压也很高时就需要较大容量的 Cff，这可以通过使用能够快速跳变的负载并对输出电压的响应进行观察来进行验证，当你看到负载阶跃所带来的响应里含有振铃信号时，Cff 的值就应该增加了。关于此话题，更多的信息可参阅应用笔记 AN038：《怎样利用快速瞬变负载测试DC/DC转换器》 。 2.2. 负载能力最大 1A 的低压 Buck 转换器 下图给出了负载能力达 1A 的几个 ACOT® Buck 转换器示例，RT5750A/BHGJ5、RT5750A/BHGJ6 和 RT5751A/BHGQW 的工作频率都是 1.5MHz，没有引出 Power Good 信号的 TSOT-23-5 是最常被用到的，取得第二货源的可能性也最大。型号中的“A”代表其工作模式为 PSM，“B”则代表强制 PWM，由于低压器件常常被使用在电池供电的场合，PSM 工作模式也最常被使用。 图1 RT5750A/BHGJ5, RT5750A/BHGJ6, RT5751A/BHGQW与多个其他半导体制造商解决方案兼容。请联系离您最近的立锜销售办事处以获取更多信息。 下图是采用 SOT-563 封装的 1A ACOT® Buck 器件示例，RT5760 的工作频率为 2.2MHz，使用可使用更小尺寸的外围元件。某些与之相当的第二货源将其 Vout 连接至引脚 6，这时候就可以用 RT5760C/DHGH6F 来予以替代，因为它的引脚 6 是没有任何连接的。这个型号中的“A”和“C”代表其工作模式为 PSM，相应的“B”和“D”代表其工作模式为强制 PWM。 图2 RT5760C/DHGH6F, RT5760A/BHGH6F 与多个其他半导体制造商解决方案兼容。 2.3. 负载能力最大 2A 的低压 Buck 转换器 下图是负载能力达 2A 的 ACOT® Buck 转换器的示例， RT5752A/BHGJ5、RT5752A/BHGJ6 和 RT5752A/BHGQW 的工作频率为 1.2MHz，型号中的“A”代表其工作模式为 PSM，“B”代表其工作模式为强制 PWM。 图3 RT5752A/BHGJ6, RT5752A/BHGQW (Pin 1 = NC) 与多个其他半导体制造商解决方案兼容。请联系离您最近的立锜销售办事处以获取更多信息。 下图采用 SOT-563 封装的 2A ACOT® Buck 转换器示例，RT5762 的工作频率为 1.2MHz，某些与之相当的第二货源将其 Vout 连接至引脚 6，遇到这种情形时可直接用 RT5762C/DHGH6F 予以替代，因为它的第 6 引脚没有任何连接。型号中的“A”和“C”代表其工作模式为 PSM，“B”和“D”代表其工作模式为强制 PWM。 图4 RT5762C/DHGH6F, RT5762A/BHGH6F与多个其他半导体制造商解决方案兼容。请联系离您最近的立锜销售办事处以获取更多信息。 3. 最高输入为 17V/18V 的 BUCK 转换器的可替换设计 最高输入电压为 17V 或 18V 的 Buck 转换器常被使用在 12V 输入下产生 5V、3.3V或是很多 SoC 内核所需要的 1.2V、1.0V 等电压，所需的输出电流范围非常宽泛，但最常见的还是 1A~3A 的需求，这样的需求常常出现在消费类电子产品里，使用晶核倒装结构的 (T)SOT-23-6 封装即可满足其需要，PSOP-8(SOIC-8) 封装因具有更好的热性能而常常被工业类应用所使用。 立锜科技在这个应用区间里有很多好用的产品，但从可替换设计的角度来看，新一代的 ACOT® Buck 转换器还是最适合的选择，因为从外围元件选型的角度来看，它们具有极高的灵活性，同时又具有很好的瞬态响应特性，转换效率也很高。 3.1. 高压ACOT® Buck转换器对外围元件的需求 反馈网络 100pF)，可能还需要在反馈网络和 FB 引脚之间串接一个电阻 RT (大约 10kΩ，参见下图)，这样做可以减少耦合到 FB 引脚的噪声，这在某些噪声较大的设计中可起到改善输出调节特性的效果，通过对工作在电流连续模式下的转换器施加脉冲负载并测量其输出电压下降的情况可对此进行检验，其他供应商所提供的 COT 架构器件也可能会有同样的表现，所以预留 RT 对它们来说也有同样的好处。 需要注意的是有些厂商的器件可能采用内置补偿电路的电流模式控制架构，这样一来反馈网络的阻抗就需要进行细心的选择以实现对转换器带宽的选择，有时候电阻 RT 也可以被用来对带宽进行设定，遇到这样的状况时保留电阻 RT 就是必须的了。假如其他厂商的器件所采用的控制架构和反馈参考电压都是相同的，那就很有可能其所需要的反馈电阻也都是相同的。 图5 电感量 一般而言，可以按照电流纹波幅度大约是 IC 额定电流值的 20%~40% 的范围来选择电感量，其计算公式如下： ACOT® 架构的高压 Buck 转换器可在很宽的取值范围内选择电感量，电感量较小时转换器的负载瞬态响应特性比较好，较大的电感量可以降低输出纹波，相应的瞬态响应特性也会差一些。 输出电容 按照规格书的推荐使用输出电容值可获得输出纹波小、瞬态响应特性也好的结果。ACOT ® 架构的高压 Buck 转换器的输出电容可在很宽的范围内作选择，但在某些组合下就需要加入前馈电容 Cff 对回路的响应进行调配，例如在输出电容和电感量都很大、输入电压也很高时就需要较大容量的 Cff，这可以通过使用能够快速跳变的负载并对输出电压的响应进行观察来进行验证，当你看到负载阶跃所带来的响应里含有振铃信号时，Cff 的值就应该增加了，与低压 Buck 转换器是一样的。关于此话题，更多的信息可参阅应用笔记 AN038：《怎样利用快速瞬变负载测试DC/DC转换器》 。 使能端 EN 立锜最新的高压 ACOT® Buck 转换器的使能端可以承受高电压，直接将其与 VIN 连接在一起就可以实现自动启动，但其他厂商的产品可能就只能承受较低的电压，遇到这种情况时就应该给 EN 端连接上高阻值的电阻。为了实现可替换性的设计，建议在 EN 端到 VIN 端之间预留一个电阻以实现自动启动 (参见下图)。 图6 自举电容网络 高压 Buck 转换器的自举电容存在的目的是为了给上桥开关提供维持其导通的电源供应，在大多数情况下将一只电容连接在 BOOT 端和 开关节点 (SW) 之间就可以了，在 EMI 问题比较严重的应用中就需要给自举电容串联上一只电阻来降低上桥开关导通的速度。器件的来源不同，上桥开关的切换速度也不同，所以建议要给自举电容预留串联电阻的位置，使用不同器件时通过对电阻阻值的调整就可以获得大致相同的开关切换速度。 图7 3.2. 使用小封装、负载能力2A~4A 的 17V/18V Buck 转换器 下图给出的是最新一代采用 ACOT® 控制架构、负载能力为 2A、3A 和 4A 的 17V/18V Buck 器件示例，它们使用的 (T)SOT-23-6 封装是最常用的类型，很多提供这类器件的厂商都采用了相同的引脚配置，因而成为多源设计最适合的选项。SOT-563 封装的尺寸会更小，但其热性能也会稍差一些。所有这些器件都使用了晶核倒装的封装技术，这意味着它们的所有引脚都与内部晶核实现了热连接，所以每一个引脚都在起着将晶核产生的热量引导到 PCB 上的作用。型号中的“A”代表该型号采用 PSM 工作模式，“B”则代表强制 PWM 工作模式。下面的应用电路图是我们推荐使用的电路，可使一个 PCB 设计即可支持多种器件来源。 图 8 RT6252A/BHGJ6F, RT6253A/BHGJ6F, RT6252A/BHGH6F, RT6253A/BHGH6F, RT6264A/BHGJ6F与多个其他半导体制造商解决方案兼容。请联系离您最近的立锜销售办事处以获取更多信息。 4. 24V/36V小电流 Buck 转换器 工业应用常常需要将不稳定的 12V 或 24V 电源输入转换为低电压为微处理器或传感器等供电，这就为 24V 或 36V 耐压的 Buck 转换器提供了应用的机会。 虽然输入电压在这个范围的应用可以使用同步架构的器件，但非同步的器件也被使用得十分常见，因为一般电流水平下的肖特基二极管的开关损耗很小，导通损耗也与用作同步整流的下桥开关的导通损耗差不多，很多厂商提供的这种器件也都选择了 (T)SOT-23-6 封装，引脚配置也都相同。 4.1. 24V/36V小电流 Buck 转换器的外围元件 能在较高输入电压下工作的 Buck 转换器的占空比的变化范围通常都很宽，电流模式控制架构应对这样的要求会表现得比较好。完成这种任务的电路拓扑有两种类型，一种使用 GM (跨导) 型误差放大器 (下图左侧所示)，一种使用运算放大器型误差放大器 (下图右侧所示）,设计用于类似应用的产品大多把它们的补偿网络也都集成进了芯片里。 图9 跨导型误差放大器的补偿网络与芯片地相连，放大器的增益由补偿电阻 RCOMP 确定，补偿网络内部集成的情况下它就是固定的，因而无法改变，反馈网络的阻抗在这种控制回路里就没有什么作用，因而在选择参数时就可以比较随意，但输出电容容量的选择就缺少了灵活性。 以运算放大器作为误差放大器时，补偿网络连接在误差放大器的输出和反馈端之间，误差放大器的增益大小取决于补偿电阻 RCOMP 和外接反馈电阻网络的高侧电阻 R1，所以改变 R1 就可以改变其增益，这也就意味着反馈网络的阻抗能对控制回路的增益产生作用，同时这种设计也就容许比较自由地选择输出电容的容量。 反馈网络 进行反馈网络设计的时候要首先了解误差放大器的类型，误差放大器是运算放大器时控制回路的单位增益频率的计算公式如下： (以 RT8259 为例，GCS = 2A/V；以 RT6200 为例，GCS = 1.1A/V；一般取 FC ≈ 0.1*FSW。) 通过对 R1 的调整就可以根据所使用的输出电容的容量将单位增益频率设定在正确的地方（大约为开关切换工作频率的 10%），这在使用可替换式设计时是必须要做的工作。关于电流模式转换器工作稳定性的更多信息可参阅 AN038：《怎样利用快速瞬变负载测试DC/DC转换器》 。 有些厂商会建议给反馈电阻网络的高侧电阻并联一只前馈电容 Cff 以增加一些相位裕量，进行可替换式设计时要给这个电容的预留位置。 电感值 电流模式转换器中电感的值通常按照电流纹波幅度是 IC 额定电流值的 20%~40% 来取，其计算公式如下： 电感值太小的时候，功率损耗会增加，补偿信号与电流纹波的比值偏小，导致在开关切换工作中形成次生谐波，但电感量太大的时候又会导致补偿信号与电流纹波的比值太小，造成控制回路相位裕量的不足。 输出电容量 输出电容的容量可对输出电压纹波、负载瞬变期间的输出电压隆起和跌落幅度及转换器的交叉频率造成影响，尤其需要引起注意的是对交叉频率的影响。输出电容很小的时候交叉频率也会很高，这将带来不稳定的结果，如果误差放大器是运算放大器型的，反馈网络的阻抗就需要增加来降低误差放大器的增益。对于误差放大器是跨导型的转换器来说，输出电容的容量就必须保持在一定的范围内以确保工作的稳定。 肖特基二极管 对于小电流的 Buck 转换器来说，外接的肖特基二极管在选型上没有什么难点，只要确保它的电压耐受等级高于最高输入电压、电流通过能力高于最大负载电流即可。 图10 自举电路 有些厂商的器件需要通过一只外接的二极管引入 3.3V~5V 的电源给 IC 的自举电源输入端以驱动其内置的MOSFET 上桥开关，包括立锜在内的部分厂商则仅在占空比高于 65% 时才建议引入外部电源供自举电路使用。如果转换器的输出电压就是 3.3V~5V 的，这个外部电源就可以直接从输出端获得，当输出电压太高或太低的时候就可以从较高的输入或输出电压那里通过稳压二极管的作用来为之供电。 4.2. 负载能力为 1.2A 和 0.6A 的 24V/36V 电流模式 Buck 转换器 下图示范的是立锜科技在这个负载能力上的 24V 和 36V 的 Buck 器件，这些器件的误差放大器属于运算放大器的类型，通过反馈网络阻抗的调整就可以调节补偿电路的增益，Cff 和外接自举电源都不需要使用。为了实现自动启动，EN 端保持浮空即可。下面这个输出电压为 3.3V~5V 的应用电路支持可替换式设计应用。 图11 RT8259GE, RT8259GJ5, RT6200GE与多个其他半导体制造商解决方案兼容。请联系离您最近的立锜销售办事处以获取更多信息。 5. 42V 和 60V 的工业和车用 Buck 转换器 可以工作到 42V 和 60V 输入电压的 Buck 转换器厂被使用在工业和汽车应用里，它们能够应对很宽的输入电压范围，拥有可调的工作频率，占空比可变范围很宽，封装具有很好的热性能，因而能在很高的环境温度下工作。这些器件通常使用电流模式控制架构，可以使用外部时钟信号让它们的动作同步起来，外接的补偿电路使它们可以在各种输出电容配置下稳定工作。 很多电源 IC 厂家都没有提供这种高电压的 Buck 转换器，要寻找到引脚兼容的器件就有一定的难度，但我们还是看到了对这个产品段的可替换式设计需求，因为在半导体器件出现短缺的时候即使是汽车类用户也在寻找可替代的资源了。为了满足这种需求，立锜科技已经开发出电压等级为 42V 和 60V、负载能力为 0.5A~5A 的非同步 Buck 转换器，可分别满足消费类、工业类和汽车类应用的需求，你能从其他厂商那里寻找到与之对应的 P2P 兼容产品。 表 1 给出了 42V 和 60V 的全系列 Buck 转换器的清单和它们的主要特性。 型号 输入电压范围 负载 能力 工作频率 可调范围 外部补偿 外部可调软启动 PG指示 频谱扩展和AEC-Q100 认证 封装 引脚相容的第二货源 产品等级：RT63xx = 商用，RTQ63xx = 工业级，输入电压最高 42V RT(Q)6340GSP 4.5 ~ 42V 0.5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes No No No PSOP-8 - RT(Q)6340GQW 4.5 ~ 42V 0.5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes Yes Yes No DFN10L 3x3 Yes RT(Q)6341GSP 4.5 ~ 42V 1.5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes No No No PSOP-8 - RT(Q)6341GQW 4.5 ~ 42V 1.5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes Yes Yes No DFN10L 3x3 Yes RT(Q)6342GSP 4.5 ~ 42V 2.5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes No No No PSOP-8 - RT(Q)6342GQW 4.5 ~ 42V 2.5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes Yes Yes No DFN10L 3x3 Yes RT(Q)6343GSP 4.5 ~ 42V 3.5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes No No No PSOP-8 Yes RT(Q)6343GQW 4.5 ~ 42V 3.5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes Yes Yes No DFN10L 4x4 Yes RT(Q)6345GSP 4.5 ~ 42V 5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes No No No PSOP-8 Yes RT(Q)6345GQW 4.5 ~ 42V 5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes Yes Yes No DFN10L 4x4 Yes 产品等级：RT63xx = 商用，RTQ63xx = 工业级，输入电压最高 60V RT(Q)6360GSP 4.5 ~ 60V 0.5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes No No No PSOP-8 - RT(Q)6360GQW 4.5 ~ 60V 0.5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes Yes Yes No DFN10L 3x3 Yes RT(Q)6361GSP 4.5 ~ 60V 1.5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes No No No PSOP-8 - RT(Q)6361GQW 4.5 ~ 60V 1.5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes Yes Yes No DFN10L 3x3 Yes RT6362GFP 4.5 ~ 60V 2.5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes Yes Yes No MSOP-10 Yes RT(Q)6362GSP 4.5 ~ 60V 2.5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes No No No PSOP-8 - RT(Q)6362GQW 4.5 ~ 60V 2.5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes Yes Yes No DFN10L 3x3 Yes RT(Q)6363GSP 4.5 ~ 60V 3.5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes No No No PSOP-8 Yes RT(Q)6363GQW 4.5 ~ 60V 3.5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes Yes Yes No DFN10L 4x4 Yes RT(Q)6365GSP 4.5 ~ 60V 5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes No No No PSOP-8 Yes RT(Q)6365GQW 4.5 ~ 60V 5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes Yes Yes No DFN10L 4x4 Yes 通过 AEC-Q100 认证的产品，输入电压最高 42V RTQ2940GSP 4.5 ~ 42V 0.5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes No No Yes PSOP-8 - RTQ2940GQW 4.5 ~ 42V 0.5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes Yes Yes Yes DFN10L 3x3 Yes RTQ2941GSP 4.5 ~ 42V 1.5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes No No Yes PSOP-8 - RTQ2941GQW 4.5 ~ 42V 1.5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes Yes Yes Yes DFN10L 3x3 Yes RTQ2942GSP 4.5 ~ 42V 2.5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes No No Yes PSOP-8 - RTQ2942GQW 4.5 ~ 42V 2.5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes Yes Yes Yes DFN10L 3x3 Yes RTQ2949GSP 4.5 ~ 42V 3A 0.1 ~ 2.5MHz Yes No No Yes PSOP-8 Yes RTQ2949AGSP 4.5 ~ 42V 3A 0.1 ~ 2.5MHz Yes No No Yes PSOP-8 Yes RTQ2943GSP 4.5 ~ 42V 3.5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes No No Yes PSOP-8 Yes RTQ2943GQW 4.5 ~ 42V 3.5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes Yes Yes Yes DFN10L 4x4 - RTQ2945GSP 4.5 ~ 42V 5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes No No Yes PSOP-8 Yes RTQ2945GQW 4.5 ~ 42V 5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes Yes Yes Yes DFN10L 4x4 - RTQ2945AGSP 4.5 ~ 42V 5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes No No Yes PSOP-8 Yes 通过 AEC-Q100 认证的产品，输入电压最高 60V RTQ2960GSP 4.5 ~ 60V 0.5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes No No Yes PSOP-8 - RTQ2960GQW 4.5 ~ 60V 0.5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes Yes Yes Yes DFN10L 3x3 Yes RTQ2961GSP 4.5 ~ 60V 1.5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes No No Yes PSOP-8 - RTQ2961GQW 4.5 ~ 60V 1.5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes Yes Yes Yes DFN10L 3x3 Yes RTQ2962GSP 4.5 ~ 60V 2.5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes No No Yes PSOP-8 - RTQ2962GQW 4.5 ~ 60V 2.5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes Yes Yes Yes DFN10L 3x3 Yes RTQ2963GSP 4.5 ~ 60V 3.5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes No No Yes PSOP-8 Yes RTQ2963GQW 4.5 ~ 60V 3.5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes Yes Yes Yes DFN10L 4x4 - RTQ2965GSP 4.5 ~ 60V 5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes No No Yes PSOP-8 Yes RTQ2965GQW 4.5 ~ 60V 5A 0.1 ~ 2.5MHz Yes Yes Yes Yes DFN10L 4x4 - 表1 如需可替代产品的完整料号列表，请就近联系立锜销售办事处或业务人员。 与应用相关的信息可参考 应用笔记 AN063 。 与封装有关的可替代源信息 从表 1 信息可知，使用 DFN10L-3x3 封装的 0.5A、1.5A 和 2.5A 器件有独立的引脚兼容可替代货源；3.5A 和 5A 的器件有分别使用 PSOP-8 和 DFN10L-4x4 封装的可替代货源。在 60V/2.5A 的器件中，使用 MSOP-10 封装的 RT6362GFP 有 P2P 兼容的可替代货源。图 12 给出了可使用第二货源的可替代式设计的原理图和所用器件的封装形式。 图12 汽车应用对设计的要求非常严格，RTQ29xx 系列产品就有很多符合汽车应用的特殊属性，例如可以接近 100% 的占空比工作，可从普通工作模式平滑转变至直通模式，拥有可以降低电磁辐射的频谱扩展工作模式，已经在很多汽车应用中通过测试并成功替代原有设计，很多情况下都不需要对外部元件进行任何变更。 6. 线性稳压器的可替换设计 6.1. 低电压、小功率的线性稳压器 小型低压线性稳压器常常被使用在从 5V 降压到 3.3V、2.5V、1.8V 等应用场合，流过的电流通常都比较小。在这样的情形下，(T)SOT23 封装是最常被用到的。TSOT23 封装的高度比较低，但其占位尺寸和 SOT-23 是相同的。 哪个封装引脚？ 下图所示 SOT23-5 或 TSOT-23-5 的线性稳压器的引脚布置是最常见的，很多半导体器件供应商都有类似产品可以提供，图中所示 RT9078 和 RT9080 的负载能力分别可达 300mA 和 600mA。 图13 RT9078-xxGJ5/RT9080-xxGJ5, RT9078N-08GJ5/RT9080N-08GJ5与多个其他半导体制造商解决方案兼容。请联系离您最近的立锜销售办事处以获取更多信息。 采用这种封装和引脚配置的器件在使用上具有很高的灵活性，使能端 EN 可用来控制输出的有无，只要将它和 VIN 连接在一起就可以在输入电压加上以后自动实现其启动过程。输出电压固定版的引脚 4 是悬空无连接的，而这个引脚在输出电压可调版本上就变成了反馈端或监测端，只需外接两只反馈电阻就可以获得自己想要的输出电压。 选择固定输出还是可调输出？ 选择固定输出电压的线性稳压器可以节省两只电阻器，但在遇到供应短缺的情况时某些固定电压的版本就可能不是那么容易获得了，因此输出电压可调的版本也是十分常见的选择。进行 PCB 设计时给两只电阻预留位置可给设计带来最大的灵活性，因为两种类型的器件都可以用得起来。选择固定输出的器件时最明智的选择是仅选择最常用的电压版本如 3.3V、2.5V、1.8V、1.5V 或 1.2V，因为它们是最容易从众多供应商中找到货源的电压版本。 电池供电时的选型策略 电池供电的应用最好选择固定输出电压的器件，因为反馈电阻的存在会增加电池电能的消耗，静态耗电 (IQ) 低的线性稳压器是这种情况下的最佳选择，符合这种需求的常用封装是 ZQFN1x1 的 (可替代的封装名称有 X2SON 或 SOT1194-1)，提供这种封装的供应商至少有三家，下图是采用这种封装的产品示例，其中列出的是具有 250mA 负载能力的 RT9073A，属于 IQ 很低的产品。 图14 RT9073A-xxGQZ与多个其他半导体制造商解决方案兼容。请联系离您最近的立锜销售办事处以获取更多信息。 PSRR 要多大才够？ 如果线性稳压器工作在输入包含很多噪声而输出却要求很干净的场合，PSRR 就会变成一个很重要的参数。大多数低压线性稳压器对频率高达 10kHz 的低频信号有大约 70dB 的抑制能力，但要想将以开关模式工作的前置电压转换器所产生的噪声滤除掉就需要线性稳压器具有更大的带宽，这种需求在短缺的时代可能就不容易得到满足了，解决这个问题的一个小技巧是可以在线性稳压器的前面放一个小磁珠，让它和稳压器必须要用的输入电容一起形成一个低通滤波器把前面产生的开关噪声滤除掉，这样就可以使用普通的线性稳压器来代替前述具备特殊能力的器件了。 图15 6.2. 中等电压、小功率的线性稳压器 工业应用常常用到输入电压可达 36V 的线性稳压器来为 MCU 或传感器等提供电源，这样的场合 SOT23-5 封装也是很常见的。下图所示的 RT9069 最高可以承受 36V 输入电压，负载能力可达 200mA，同时兼具低 IQ 特性和使能控制输入，具备这些能力并采用同样封装的器件也有很多来源，这种器件的最常用输出电压版本是 3.3V 和 5V。 图16 RT9069-xxGB与多个其他半导体制造商解决方案兼容。请联系离您最近的立锜销售办事处以获取更多信息。 由于高电压的小电流线性稳压器总是常常处于工作状态，没有使能端的三引脚封装是最常用的。立锜的 RT9058-xxGV是采用 SOT-23-3 封装的常用器件，但其引脚配置与其它厂商的器件都不相同，通过使用下图所示的 PCB 设计方法可使它和其他厂商的器件实现可替换式设计。 图17 RT9058-xxGV可与多个半导体制造商解决方案使用相同布局。请联系离您最近的立锜销售办事处以获取更多信息。 6.3. 高电压、小功率的线性稳压器 有些工業應用會用 48V 電源供電，這時就需要使用具備更高輸入電壓耐受能力的線性穩壓器。 RT9068 是常用的 60V/50mA 線性穩壓器，它有輸出電壓可調和固定的版本，封裝是非常通用的帶有裸露式散熱焊盤的 SOP-8 (亦稱為 SOIC)，因而具有非常好的散熱性能，下圖顯示它的封裝形式和輸出電壓可調和固定的應用電路。 图18 遗憾的是能够工作到 60V 电压下的器件并不多，很难在市场上找到 P2P 兼容的第二货源，这时候的可替代性设计就要采用能够兼容不同封装和引脚定义的 PCB 设计了，相应也需要多考虑一下其它问题。首先要检查使能/关机信号的极性，RT9068 的 SHDN 端需要用低电平来使能器件，其他厂家的货源可能使用的是高电平信号。RT9068 可以与 ESR 即串联等效电阻很低的陶瓷电容配合稳定工作，只要电容有效值大于等于 1mF 就可以了，其他厂商的器件或许需要使用 ESR 比较大的输出电容才能稳定，你需要区别对待。关于反馈网络，最明智的选择应该是针对输出电压可调的版本进行预留，有些厂商的器件还需要一颗前馈电容与 R1 并联来确保稳定工作，因此也最好预留其位置。带有裸露式散热焊盘的 SOP-8 封装在普通多层板上又带有可将热量引导至其他层面的场合大概具有 1W 左右的功率耗散能力，如果是其他封装可能就会差一点，请仔细比较后再作定夺。 7. 总结 常规应用中的电源管理器件如 Buck 转换器和线性稳压器等很容易就能从不同的厂商获得可以使用同样 PCB 设计的 IC，有些时候甚至完全不需要对其他元件作任何变更，设计者要做的是从不同的厂商那里寻找到可兼容的器件，本应用笔记已经把更易于从其他厂商那里获得可替代式设计资源时所涉及到的控制架构和封装方面的信息呈现出来。除了使用独有的封装技术和引脚配置的器件以外，立锜已经努力将很多产品制作成为利于进行可替换式设计的形式，可以帮助客户在遇到短缺问题时更容易寻找到备用的方案而减少供应上的风险。 来源 立锜官网

简介 本文是在一系列帮助用户熟悉电源管理元件之文章中的第一篇。首先，介绍不同的电源管理架构，其次，特别介绍主要的选择标准，最后提供了在线产品参数搜索和设计支持工具，有助于加速在电源管理设计时选择适当的元件。 1. 电源转换的基本需知 选择适当的电源管理元件取决于该应用的输入和输出条件。電源輸入是交流 (AC) 或直流 (DC)？输入电压是高于或低于所需的输出电压？所需的负载电流是多少？负载是否对噪声敏感，或需恒流（如LED的应用），又或是变化较大的电流？ 各应用基于其特殊的需求，会选择不同电源转换元件。下图显示数个应用实例和其典型常用的电源转换元件；而这些元件均可在立锜科技的产品目录中找到。 图 1. 电源管理的应用实例 从上述实例可清楚知道，欲得最佳元件选择就必须考虑各种参数。以下将会详细介绍这些参数。 2. 电源管理 IC 的选用标准 立锜科技拥有大规模低压差线性稳压器 (LDO) 和 直流-直流转换器/控制器的产品组合。下表可快速地检视一般选用低压差稳压器 (LDO) 和直流-直流切换式电压转换器产品的标准。 在设计时，首先考虑的是输入到输出的电压差 (VIN - VOUT)。在选择最佳的电源解决方案时，该应用的特殊需求，如效率、 散热限制、 噪声、 复杂度和成本等都必须考虑。 表1. 选择低压差稳压器、 降压、升压、升-降压转换器的基本标准 输入、输出关系 电路拓扑 优势 劣势 使用场合 VOUT < VIN 线性稳压器 (LDO) 简单 价格适中 低噪讯 快速 低效率 散热问题 小电流 低 VIN / VOUT 噪讯敏感应用 降压转换器 (Buck) 高效率 灵活性高 开关噪声 大电流 高 VIN / VOUT VIN 升压转换器 (Boost) 高效率 开关噪声 VIN VOUT VIN (changing VIN) 升/降压转换器 (Buck-boost) 高效率 开关噪声 输入电压既可能高于也可能低于输出 电压的应用（如电池应用） 3. 检视主要电源架构及电源管理元件 当 VOUT 小于 VIN，所需输出电流和 VIN / VOUT 比是考虑选择低压差线性稳压器 (LDO) 或 降压转换器 (Buck)的重要因素。 低压差线性稳压器 (LDO) 非常适合需要低噪声、低电流及低 VIN / VOUT 比之应用。其基本电路图可见图 2。低压差线性稳压器 (LDO) 藉由线性方式控制导通元件的导通，以调节输出电压。线性稳压器提供准确且无噪声的输出电压，能快速因应输出端的负载变化。然而，线性调节意谓着输入输出的电压差乘上平均负载电流就是线性稳压器导通元件所消耗的功率，即Pd = (VIN - VOUT) * ILOAD 。高VIN / VOUT 比与高负载电流都会导致过多额外的功率损耗。 图 2. 低压差线性稳压器 (LDO) 基本电路示意图 功率消耗较高的低压差线性稳压器 (LDO) 需要较大的封装尺寸，而这会增加成本、PCB 板空间和热能消耗。所以当 LDO 功耗超过 ~0.8W 时，较明智的作法是改采降压转换器作为替代方案。 在选择 LDO 时，须考虑输入和输出电压的范围、LDO 的电流大小和封装的散热能力。LDO 电压差是指在可调节范围内，VIN - VOUT 的最小电压。在微功率应用中，如需靠单一电池供电很多年之应用，LDO 静态电流 IQ 必须够低，以减少电池不必要的消耗；而这类应用就需要特殊的、具低静态电流 IQ 之低压差线性稳压器 (LDO)。 降压转换器是一种切换式降压转换器，它可在较高的 VIN / VOUT 比和较高的负载电流之下，提供高效率和高弹性的输出。它的基本电路如图 3 所示。大多数降压转换器包含一个内部高侧 MOSFET 和一个低侧作为同步整流器的 MOSFET，借着内部占空比控制电路来控制两者的交替开、关 (ON/OFF) 以调节平均输出电压。切换造成的噪声可由外部 LC 滤波器来过滤。 图 3. 转换器基本电路示意图 由于两个 MOSFET 是交替开关 (ON 或 OFF)，所以功率消耗非常小；藉由控制占空比，可以产生较大 VIN / VOUT 比的输出。内部 MOSFET 的导通电阻 RDS(ON) 决定了降压转换器的电流处理能力，而 MOSFET 的额定电压决定最大输入电压。开关切换频率与外部 LC 滤波器元件则共同决定输出端的纹波电压大小；较高开关切换频率之降压转换器所用之滤波元件可较小，但开关切换造成的功耗则会增加。具脉冲跳跃模式 (PSM) 的降压转换器会在轻载时降低其开关切换频率，从而提高轻载时的效率，此特性对需低功耗待机模式之应用是非常重要的。有些特殊降压型架构，如 ACOT®; 具有非常快的回路响应，非常适合需要非常快速的负载瞬态反应，如 DDR，Core SoC，FPGA 和 SIC 等的电源应用。 升压转换器是用于 VOUT 高于 VIN 之应用。基本电路图如图 4 所示。升压转换器将输入电压升至较高的输出电压。其操作原理是经由内部 MOSFET 对电感器充电，而当 MOSFET 断路时，透过至负载端之整流器将电感放电。电感充电转为放电会使电感电压变为反向，从而升高输出电压使之高于 VIN。 MOSFET 开关的 ON/OFF 占空比将决定升压比 VOUT / VIN，并且反馈回路也控制占空比以维持稳定的输出电压。输出电容是缓冲元件，用来减小输出电压连波。 MOSFET 电流绝对最大额定值和升压比一起决定最大负载电流，而 MOSFET 电压绝对最大额定值决定最大输出电压。有些升压转换器则会将整流器以 MOSFET 整合于内部，达到同步整流之功效。 图 4. 升压转换器基本电路示意图 升-降压转换器用于输入电压可能会改变，可低于或高于输出电压之应用。如图 5 所示的升-降压转换器中，当 VIN 高于 VOUT 时，四个内部的 MOSFET 开关将自动配置成降压转换器，而当 VIN 低于 VOUT 时则转为升压操作模式。这使得升-降压转换器非常适合以电池作为供电之应用，特别是当电池电压低于调节输出电压值时，得以延长电池使用时间。因为四开关升-降压转换器是完全同步的操作模式，故可达较高的效率。降压模式时的输出电流能力比升压模式时为高；因为在相同的负载条件下，升压模式和降压模式相比之下，前者需要较高的开关电流。 MOSFET的电压绝对最大额定值将决定最大输入和输出电压范围。在输出电压不需要参考接地的应用中，如LED驱动器，可使用只有单开关和整流器的升-降压转换器。而在大多数情况下，输出电压是参考到VIN。 图 5. 有四个内部开关的升-降压转换器 多数的电源管理元件都是使用上述四个转换器架构其中一种。 采用内部或外部的MOSFET？ 10A）的应用，通常都会使用外部的开关 MOSFET，并且配合使用降压控制器或升压控制器。这类配置方式通常都是用在输出功率超过 25W 的功率转换器。 25A 的降压应用多使用多相位降压控制器，即不同的相位阶段分享同一电流。具非常高切换电压的电路，例如从 AC 线电压供电的应用电路中，通常会采用的控制器是使用外部、耐高压的MOSFET。（例如反激式控制器和 PFC 控制器） LED 驱动器调节的是稳定输出电流，而不是稳定输出电压，因为LED特定的光输出是完全由电流来决定。大多数高亮度LED 的正向电压是 3〜3.5V；而根据输入电压和 LED 串中 LED 的数量，转换器可以是降压，升压或升-降压型（例如，某些应用甚至需要配合不同的 LED 串）。 LCD 背光系统须驱动大量的 LED，因此会使用到多串型 LED 驱动器。某些离线式 LED 驱动器则会使用线性 LED 驱动器的架构。大多数 LED 驱动器还包括调光功能，以便能够控制输出电流，并进而控制 LED 的光输出。 图 6. LED 驱动器基本电路 选择适当的 LED 驱动器的主要考虑因素是输入电压，LED 串电压和 LED 串电流，单/多串 LED 灯和是否调光。从交流线路供电的 LED 驱动器中，重要的是要先知道该电路是否需是隔离式的或非隔离式的，及 LED 驱动器是否需要满足功率因数 (power factor) 和总谐波失真率 (THD) 的要求。 保护功能 安全性和可靠性是电源供应器需特别注意的。大多数转换器都包括保护功能，使其能在负载过大或工作温度过高的情况下，将电源供应器安全地关闭。 功率开关可用来控制电源轨是否接通于电路。其基本电路如图 7 所示。EN接脚用于启动由 MOSFET 所构成的导通元件，它所具有之特殊井状结构可阻挡通过本体二极管的反向电流。当输出电流超过限流门坎值时，电流限制电路会将开关打开(Open)。当任何保护功能被启动时，则 FAULT 脚会被拉至低电位，并且以此信号来告知系统故障已发生。功率开关通常也被用于保护 USB 接口，因通常 USB 对电流的需要求最大，也必须有短路保护。功率开关主要的选择标准是电流限制值的大小，不论电流限制是恒定或可调的。 图7. 搭配不同保护功能的功率开关 供应器的监控 IC 会监控电源过压或欠压的情形。图 8 显示一个典型的电源监控器侦测电源欠压的情形。当电源低于特定电压时，IC 将启动重置 (RESET) 信号。这个信号被用来重置由同一电源供电的 MCU，以避免任何可能由 MCU 电源电压过低而造成的数据损坏。当电源电压回复到正常水平，监控 IC 将延迟一段时间后回复重置信号，以确保 MCU 正确初始化。有些监控 IC 也有可外部控制的重置接脚，借着外部重置开关来重置 MCU。 监控IC的选择标准是电压门坎值，重置延迟时间，开路汲极式或推挽式输出，和是否可外部控制的重置功能。 图8. 电源监控 IC 侦测电源欠压状态 电池充电器 IC 可于应用中针对特定的电池提供正确的充电电流和电压。目前大多数电池充电器是为锂离子电池所设计的，因为是手持装置最常用的。电池充电器会量测电池充电电流和电池电压，并控制 MOSFET 的导通，以按所要求的电池充电操作模式来提供充电电流：预充电 - 恒流 - 定电压 - 电流截止。最大充电电流可以透过一个外部电阻进行调整；置于电池附近的热敏电阻 NTC 会将电池的温度讯息送至充电器。充电状态接脚则显示充电状态。大多数适用于单节锂离子电池的线性充电器是使用 5V 电源并适合 1A 以下的充电电流，该充电器较适合不超过 1Ah 电池容量的电池。大容量电池的充电则是需要较高的充电电流；在这种情况下，就必须选择开关式充电器（降压架构）。有些电池充电器包含电源路径控制，使系统能透过适配器或电池供电。电池充电器可以在线性/切换式架构，单/双输入，恒定/可调节的电流，有/无 NTC 感测，适配器输入电流限制及自动电源路径等中作适当的选择。 图 9. 线性电池充电器之基本电路 AC / DC 反激式控制器用于需将 AC 线电压转为一个稳定、隔离的电源电压之应用。图 10 所示为一个基本的反激式电源。首先将 AC 线电压整流成一个高直流电压。反激式电源和单开关升-降压转换器的工作原理类似，只不过当中的电感被分开，如同形成一个变压器。反激式控制器会控制耐高压开关 MOSFET Q1 的导通 (ON) 时间，然后藉由电流流过初级绕组，储存变压器的磁能。当开关 MOSFET 断路 (OFF) 时，变压器的能量就转移到次级绕组，并进而对输出电容进行充电。变压器使初级（热）侧和次级（冷）侧之间达到隔离的目的。透过电阻网络感测次级输出电压，再将它与参考电压进行比较，并藉由一个光耦合器将调节用的反饋信号传回初级侧控制器，而控制器调整 MOSFET 的导通时间 (ON) 以保持次级稳定输出电压。反激式控制器是由变压器的辅助绕组供电。反激式电源可以用于广泛的应用中，从微小的充电器适配器到高达 100W 较大的主电源。在待机模式需低输入功率的应用中，必须尽可能减少功率元件的开关损耗。大多数反激式控制器可以在轻载情况下，切换至特殊丛发操作模式以减低切换造成的损耗。反激式控制器的其他重要特点还有各种保护模式、抑制 EMI 的功能和快速启动所需的高电压启动电路等。在低功率，如充电器的适配器之应用中，所使用的反激式控制器往往是使用初级侧调节 (PSR) 的反饋方式：这些控制器不需次级侧的光耦合器和反饋网络；它们透过辅助绕组感测开关电压，并且从辅助绕组的开关波形和初级侧电流而得到次级输出电压作为反饋。 图 10. 基本 AC/DC 反激式电源 功率绝对最大额定值大于 75W 的电源供应器（如开架式工业电源）需要满足功率因数的要求，所以会加 PFC 升压转换级作预处理。 此 PFC 升压转换级会使用 PFC 控制器，来控制输入电流，以满足功率因数及电流谐波的要求。 许多隔离、离线式 LED 驱动器也采用反激式架构；为能精确控制 LED 电流且不用光耦合器，这类 LED 反激式控制器会用初级侧检测方式以控制次级绕组的电流。交流供电之 LED 照明应用对功率因数 (PF) 和交流线电流谐波都有较严格的要求，所以大部分脱机反激式 LED 控制器还需具备达良好功率因数和低 THD 之特性。 来源： 立錡科技

电流检测可以通过分流感应运算 放大器 （current-sense amplifier）和集成电流监控器（integrated current monitor）实现。这两种方法都基于欧姆定律，即电流等于电压除以电阻，通过测量电压和电阻来确定电流大小。 分流感应运算放大器可以将电流转换为电压信号进行测量。其原理是通过一个低阻抗的电流采样电阻将电路中的电流进行分流，再通过感应方式将分流电阻两端的电压信号转换为电流信号输出。这个电压信号可以由一个运算放大器进行放大和 滤波 ，从而得到一个准确的电流测量值。 集成电流监控器是一种 集成电路 ，可以直接测量通过芯片内部的电流感应电阻流过的电流。其工作原理是在芯片内部嵌入一个小电阻，当电流通过这个电阻时，会产生一个电压降，该电压降被放大并转换为数字信号，从而得到准确的电流测量值。集成电流监控器还可以提供过载保护等功能，从而保证电路的安全运行。 电流检测可以在很多应用场景中发挥重要作用，例如在 电源管理 、电机控制、智能家居等领域中。下面以智能家居为例，介绍如何使用分流感应运算放大器和集成电流监控器进行电流检测。 在智能家居应用中，电流检测通常用于测量家庭用电器的功率消耗，以便进行能源监控和管理。这个过程中，分流感应运算放大器和集成电流监控器都可以用于电流测量。 使用分流感应运算放大器，可以将电路中的电流通过一个低阻抗的电流采样电阻分流，从而得到一个与电流成正比的电压信号。这个电压信号可以通过运算放大器进行放大和滤波，最终得到一个准确的电流测量值。这个测量值可以通过微控制器或其他处理器进行处理和显示，以便用户了解家庭用电器的实时功率消耗情况。 另外，集成电流监控器也可以用于电流测量。这种方法的优点在于，集成电流监控器直接测量通过芯片内部的电流感应电阻流过的电流，无需外部电阻分流，因此电路更简单，精度更高。集成电流监控器还可以提供过载保护和热关断等功能，从而保证家庭用电器的安全运行。 智能家居应用中的电流检测非常普遍，这是为了实现能源监控和管理，提高家庭用电器的智能化程度和安全性。