接下来,我们将对电池充电器进行分析。该电池通过5V的电源轨完成充电。我们采用的是充电电压为4.2V的单体锂离子电池。但是,由于实际应用中空间的局限性,因此,线性充电器将是一个不错的选择。因为只有当12V电源适配器正常工作时,电池充电器才能起作用,因此,其对充电效率的考虑并不多。然而,当所选择的电池峰值充电电流深度放电后,电压降至3V时,必须引起足够的重视,并限制电池充电器的散热。
·对于1.5V 的电源轨来说,选用开关降压转换器和LDO都行得通。但是,如果选用后者,效率将维持在25%左右的范围,而且需要100mA的输入电流。如果替换为降压转换器,效率将超过90%,而且需要的输入电流仅为30mA。另外,有许多外形非常小巧的开关转换器解决方案,而这些解决方案能够提供所需的输出功率。因此,LDO电路的大小是不可估量的。为了最大程度的延长电池的使用寿命,降压转换器当属理想之选。
·对于2.5V的电源轨而言,上述两种拓扑结构都可以发挥作用。由于需要的电流小、输入/输出差值较低,所以LDO堪称最小封装器件的上佳选择。
·对于1.25V的电源轨而言,开关转换器为最佳之选。由于所要求的负载高(300mA)、输入/输出差值大,所以LDO的功耗将非常大,而且效率极低。
·对于1.65V的电源轨而言,上述两种拓扑结构都行之有效。通过采用与1.5V电源轨相同的逻辑分析方法,我们得出了这样一个结论—选用开关转换器。但是,之后探讨的其他因素表明,应选用LDO。
对于图1底部的3.3V电源轨而言,由于要求输出电流大,因此,选用开关转换器当属上佳之选。
为实际工作需要选择最佳的IC
考虑到组件尺寸和成本方面的局限性,所选用IC的集成度应尽可能高。为此,所选用的全部IC都集成了MOSFET,这样,不仅降低了解决方案的尺寸而且还降低了生产成本。此外,除了减少材料清单以外,由于组件数量的减少,同时也降低了安装各电路板的成本,从而进一步降低了整个解决方案的成本。另外,还有多输出IC可供选择,这种IC能更进一步的减小我们解决方案的尺寸。
如果再次从5V的电源轨开始分析电路的有关情况,则对于5V电源轨而言,最佳的解决方案为TPS5431。因为其宽输入范围(5.5V至23V),所以能够满足12V±10%的输入电压变化。而且,当将输出电压调低至1.2V时,TPS5431还能输出高达3A的电流。由于开关MOSFET和补偿组件集成在一起,因此95%的效率能够满足电池供电的要求。该器件采用SO-8封装,从而实现了非常小型的解决方案尺寸。
接下来,我们将分析电池充电器,其有数种解决方案可供选择。例如,小尺寸电池充电器IC bq24010就是一种不错的选择,其采用3×3mm QFN封装。该解决方案的尺寸相当小,只需三个外部组件。但是,对于我们的应用而言,还有一款更佳的解决方案—TPS65010,该解决方案是一款针对锂离子供电系统的电源和电池管理IC。由于TPS65010集成了两个开关转换器(VMAIN和VCORE)、两个LDO(LDO1和 LDO2)以及一个单体锂离子电池充电器,所以其非常适合我们的应用要求。除了上述电源轨之外,当12V电源适配器接通时,此时,IC无需开关电路。在我们的应用示例中,VMAIN为3.3V的电源轨供电、VCORE为1.25V的电源轨供电、LDO1为1.65V的电源轨供电、而LDO2为2.5V的电源轨供电。此外,使用TPS65010可以大幅缩小解决方案的尺寸并降低外部组件的数量。