高级电源管理控制芯片FS1610的原理
eeskill 2021-09-23

0引言

Fsl610是一款采用专利数字技术生产的高级电源管理控制器件,该器件可为数码相机、智能手机、个人PDA和笔记本电脑等移动设备提供完全可编程的电源系统解决方案。与传统的电源管理方法相比,FSl610能节约20~40%的PcB面积,此外,其完全可编程的专利数字技术.还能极大缩短研发周期.加快产品上市进程。

1 FSl610的主要功能

IS1610内部的电压检测主要针对的是FSl610芯片的供电输入,而器件的输出则包括8个高效开关电源和3个低功耗LDO,表l所列是其电源输出列表。需要注意的是,FSl610的输出电压和电流都会受到输入电压、电感、电容以及外部诸多元件因素的影响。

l 1电源输出

FSl610提供有8个开关电源.3个LDO电源和1个始终开启的电源。对这些电源输出的控制一般有三种方式:其一是通过外部的PWREN使能输人引控制;其二是通过串行命令在使用过程中根据具体情况进行控制;第三则是按照EEPROM中的设置程序来执行。

FS1610的电源输出主要用于降压转换、升压转换、白光LED驱动、低压差稳压、负升压转换和电池供电等。图I所示是用FSl610来驱动白光LED的驱动电路。

1.2电源输入

FSl610的供电电压范围是2.8~5.5 v。图2所示是S1610的供电输人以及AC适配器和电池之间的切换电路。其中VMAIN为主电池比较器输入,用来直接监测电池的状态;VIN为主电源供电输入;DBOUT用于断开电池的输出,将它连接到一个外部的P通道MOSFET,可当检测到电池的无电状态(DB)或者AC适配器有输入时,由该输出置位断开电池和主电源的连接;BATBU为备用电池输人,一般情况下,为了能使芯片正常操作,在BATBU输入引脚上一定要有电压;VBAT为始终开启的供电输出,可由内部开关控制,当SW[2]有效且稳定时,可将SW[2]连接到VBAT来提供电压;否则由BATBU给VBAT提供电压。

1 3其他功能

FSl610内有一个非易失存储器NVM(EEPROM),可用于保存启动的配置信息,这些信息包括通道电压、通道使能,禁止、个电源的开关顺序以及实时时钟、看门狗、中断等信息。

FSl610可通过晶体时钟提供实时时钟的操作。而其可编程报警器则可向CPU发出中断。FSl610片内还集成有一个看门狗定时器,可通过EEPROM编程设置,其定时时间达32s,时间间隔是1ms。但是,由于达到定时时间时,芯片就会复位,所以,为了避免这种情况的发生,主机必须在程序设置的定时周期结束之前,对WDT进行复位。

FSl610应由32.768 kHz晶振、或者具有合适的频率和电压的时钟源来为芯片提供内部时钟。而器件的CLKOUT输出引脚则能为外部提供32.768 kHz的输出。FSl610的nEXTON开关输人端一般连接到瞬间接触开关上,可用来控制芯片的开/关。FSl610分别为不同类型的处理器设计有两个复位输出nIRSTO和nRSTO,而手动复位输入nRSTI则主要用来启动一个硬件复位,以作为主机CPU的系统复位信号。

FSl610在需要的情况下可提供中断,并向主机发出警报。这些警报包括低电压,电源通道故障,RTC警报等。同时可以通过串行命令来对中断进行操作。

2 Fsl610的内部结构原理

图3是FSl610模块的内部结构示意图。由图可见,FSl610以电源管理控制器为核心,可为外部设备提供丰富的电源通道。另外,配合电源管理.FSl610还提供有非易失性存储器NVM、实时时钟RTC、看门狗定时器WDT、中断、复位等系统控制模块。

3工作模式

FS1610有两种操作模式,分别为串行模式和独立模式。FSl610芯片片可通过I2C、SPI和ART串口来接受主机的控制和管理,也可以在启动后根据EEPROM加载的参数独立工作。低功耗是FSl610的最突出优势之一。该芯片上的各个功能模块在不需要操作时都可以关闭。已进人休眠状态。FSl610会根据不同的环境条件在5种电源状态下自动切换,以使功耗最小化。这5种状态分别为:无电(NOPOWER)状态、关断(SHUTDOWN)状态(即SD状态)、就绪(READY)状态、工作(ACTIVE)状态、低功耗(LOWPOWER)状态。

设计时.可以对FS31610的多路电源进行灵活的配置和控制。除了对单个电源通道的开/关操作之外。还可以对电源通道进行分组,然后对各电源组进行操作。电源的启动和关闭顺序,也可以设置存储在EEPROM中,以便主机在操作的过程中来控制。

FSl610对芯片提供有可能出现的各种故障的监测和管理。这些监测包括:受监测电源正常状态、电源通道故障、电池电压和备用电池监测、热关断、中断。此外,FS1610芯片还可根据EEPROM中的设置,对监测到的不同状态进行不同的操作。

4基于FSl6l0的导航仪供电系统

FSl610的多电源输出和电源管理功能在便携式设备中应用非常方便。图4是FSl610电源管理控制芯片在基于Sumsang公司的ARM9处理器S3C2440的导航仪上的供电电路。

根据系统的设计要求,该导航仪除了具有基本的GPS导航功能外.还需要高分辨率的液晶屏支持。为此,该系统选用的是LCD模块,该模块是已经包含了背光和控制电路的液晶屏,但需要+3.3 v和+5 v供电。表2所列出是该导航仪系统的电源需求。

由于该导航仪通常是采用电池供电,故需要最小化的功率消耗,而且要求各外设都要由系统控制。在图4中用FSl610对导航仪系统进行供电的电源分配方案中,需要注意的是,LCD背光需要400mA电流的+5v供电,而FSl610的升压电路不能提供这么大的电流,因此,设计时应用一个外加的升压电路来提供LCD的背光电源。

5结束语

本文介绍了高级电源管理控制芯片FS1610的原理和功能,给出了一个FSl610在基于ARM9处理器S3C2440设计的导航仪上的应用方案。采用该方案进行供电的导航仪,不但可以自由控制各个模块电源的开和关,而且可以在不需要的时候关闭模块,以便最小化整个系统的功耗。与传统的方法相比,选用FSl610不但可以明显节省电路板面积。提供更多的通道电压.而且控制也更加灵活。

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