飞思卡尔电源管理解决方案

标签:电源管理
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概述

当今的应用系统和设备越来越多综合多种特种器件,每个器件负责特定的功能任务,同时提高系统的计算处理能力。它们包括了DSP处理器、通讯层接口、存储器、编码器等等,它们对电源的要求各不相同。不同的器件需要不同的电压和电流,且具有不同的约束条件。一个中央集中式的供电电源无法满足所有的需要,负载点的解决方案可以通过分散供电电源,将各个子电源分布到板子的各个负载附近,由主供电电源的5V、12V产生各负载所需的子电源如3.3V、2.5V、1.8V、1.2V等。

MC3470x开关电源

飞思卡尔电源管理IC产品有为8-16位MCU系列设计的器件,同时也有为32位MCU系列设计的供电器件,即QUICCSupply系列的芯片,它们非常适合为POWERQUICC处理器提供电源。QUICCSupply系列MC3470x器件有MC34701、MC347012及MC34703三个产品。

MC34701的主要特点是,通过I2C总线对寄存器进行操作,可编程内部看门狗和上电重置功能,保证MCU性能一致性。同步降压转换器具有PWM电流模式控制,增强输出电压的精度。升压转换器提高了低压输出的性能,利用外部分压电阻可调节开关调节器的输出电压,外部RC电路可编程上电重置延迟定时器,高精度输出电压,快速的瞬态响应,低压停止工作和过流保护功能。MC34702和MC34703具有上述功能且输出电流和电流限制值要高于MC34701。

MC34703是向QUICC处理器和其他系列飞思卡尔微处理器和DSP提供有效电源管理的IC。它集成了高性能开关调节器,直接供给微处理器核心电压。内置的LDO低压差调节器控制电路提供I/O接口电压和总线电压。开关调节器是高效同步降压型调节器,集成了低导通电阻,具有保护功能并节省用户设计时间。

MC34703的电压输入范围为2.8~13.5V;开关调节器的输出可达10A;LDO控制器输出可达2A;300kHz的预设固定开关频率;上电和下电顺序可以选择顺序和反序;I2C电压极限值微调;内置可编程看门狗电路;带有可调节延迟定时器的上电重置。采用33引脚PQFN封装。

QUICCSupply系列MC3470x带LDO的开关电源主要应用领域包括通信处理器、网络和数据通信线卡、蜂窝基站线卡、无线调制解调器、DSLAM、CMTS。丰富的特性和功能使之成为首选的供电控制器件。

工业和商业应用──MC34710

飞思卡尔的模拟电源管理器件同样有适合工业和商业应用的产品,MC34710支持众多基于ColdFire处理器的设计,是非常合适的嵌入式工业和网络控制应用领域需要多个电压给处理器和外围电路的场合。其应用包括点终端、网络存储、医疗仪器和安全门禁系统等。该器件具有两通道可调节输出电压和内置的电压顺序电路,满足电源管理的需要。
MC34710可调双通道开关电源,集成了一个开关电源,一个线性低压差LDO调节器,监控电路以及上电顺序。工作输入的电压范围宽,从13~32V。具有温度限制功能,适合在许多商业和工业应用领域中为MCU处理器供电。用户可以根据需要改变和调节输出电压,以便降低功耗,灵活地应用于诸如不同工作电压的ColdFire处理器和其他处理器之间,而无需更改供电部分的设计。

MC34710可调双通道开关电源可以提供1.5V、1.8V、2.5V、3.3V、5V的输出电压,适合24V供电系统应用。它是一个低成本的电源管理解决方案,可以为DSP56800、ColdFire ARM系列产品供电或其他相似的处理器供电。

便携音视频应用──MPC18730

MPC18730电源管理IC是一款具有多通道DC/DC转换器的产品,适合便携式音视频产品的应用,它具有独特的最小工作电压0.9V,有效地延长了电池的供电寿命。2路DC/DC转换器和3路低压差调压器具有8位D/A转换控制输出功能,每一路输出可通过SPI串行总线独立控制,它具有非常低的功耗和待机电流、省电模式,使得它成为出色的手持电池供电产品的理想选择。工作电压从非常低的0.9V到4.2V,适合干电池、镍氢电池或锂电池供电产品。

MPC18730提供5路独立的电压输出通道,可以使用一节锂电池(2.7~4.2V),或一节镍氢电池、干电池(0.9~2.2V)供电。18730包括2路DC/DC转换器和3路低压差LDO线性调压器,通过SPI总线可以独立调节它们的输出电压。同时,SPI总线用来配置器件的工作模式──唤醒、休眼、待机和重置等,来减少功耗。在单片锂电池供电系统中,2路DC/DC被设置成降压型调压器STEP-DOWN,而在镍氢电池、干电池供电系统中,1路DC/DC设置成升压型STEP-UP,1路DC/DC设置成BOOK-BUST型。采用64引脚9mm 9mm QFN封装,并且符合RoHS有害物质限定的规定。MPC18730采用64引脚QFN封装。

便携式产品要求电池延长供电时间,低电压设计可以延长电池寿命但同时对半导体生产厂商提出了严厉的要求和限制。MPC18730利用2路DC/DC转换器供电,3路LDO辅助供电,降低了功耗。这5路供电都是通过SPI总线由DAC数模转换器控制的,SPI总线也控制其他工作模式如省电模式、睡眠模式、唤醒模式等,使MPC18730成为用于长时间供电的便携式产品的理想之选。适合的应用领域包括(但不局限于)便携式媒体播放器、数字音频设备、PDA、掌上游戏机以及单电池供电设备等。

MPC18730评估板使用相当简单,通过并口线连接PC机和评估板,由适当的供电电源如锂电池或镍氢电池给评估板供电,通过评估板上的跳线开关来选择工作模式。

问答选编

问:热插拔子卡的设计中,由于底板系统在子卡插拔时 部分总线仍然处于工作状态,对于这样的热插拔 设计需要注意一些什么?
答:子板总线的工作电压应该是子板提供的, 当您插拔 子板时,工作电压由MC34652/3提供,瞬间的涌入 电流由它们控制,不会损坏负载子板。

问:开关电源和LDO有什么区别?
答:简单的说,开关电源是通过PWM控制的,可以通过 不同的频率和占空比来获得电压。它不是连续的。 LDO是连续输出的,一般只能提供比输入电压低的 输出电压。在飞思卡尔这次的座谈中,有对开关电 源和LDO的讨论,相关链接:
http://www.freescale.com.cn/webcast/Analog/PowerManagementSolution.asp

问:开关电源或线性电源的输出电压和输入电压相差 较大时,是否效率就降低?
答:对于线性电源(LDO),输出电压和输入电压相差较 大时,则说明效率很低。但是对于开关电源,效率 跟输出电压与输入电压之间相差多少没有关系。

问:开关电源模块的地和线性稳压模块的地怎么处理 为好?
答:一般需要在输出端加滤波电容。可以参考飞思卡 尔的芯片数据手册,内部有详细的介绍。

问:飞思卡尔的LDO的最低压差是在多少?
答:50mv。

问:我们的系统需要5V、3.3V、1.8V、1.5V供电,其中5V的 负载很轻,电流只有几个毫安,而3.3V 的负载电流 有几百毫安。 输入电压为28V,请问是用28V/5V, 再5V/3.3V等分级转换,还是分负载点直接转换? 飞思卡尔有这样的产品解决方案么?
答:飞思卡尔的器件可以提供1路5V/3.3V输出和1路 1.8V/1.5/V输出。如果使用5V/3.3V分极转换可能需 要的芯片会增多,功耗增大,使用负载点的方案可 能更好些。您的5V负载很轻,可以考虑使用他它 方式来实现,可以考虑飞思卡尔的MC34710芯片。

问:我是做STB产品方案设计的,需要把5V的电压降 压为3.3V/600mA、1.8V/600mA,应该采用哪一款芯 片合适?目前我使用的是1085两块。
答:MC34710可以提供两路输出,但是1.8V的输出仅提 供500mA的电流。不知能否满足您的要求。如果 使用MC34701,则可以完全满足您的需要。

问:我需要输入电压范围是6~60V, 输出5~1.2V的电 路,能否推荐一款飞思卡尔的产品?
答:建议使用MC34129(MC33129),采用PWM控制和Fly back拓扑结构,这个方案能够满足您的要求。

问:在负载出现短路或断路情况时,飞思卡尔的电源管 理芯片有自我保护功能吗?
答:有,飞思卡尔的电源管理方案具有过流保护功能。

问:飞思卡尔能提供整套方案吗,包括周围器件?
答:飞思卡尔只提供 IC。

问:我的电路设计需要5V/1A的电流,有现成的集成元 器件吗(输入为6V)?
答:飞思卡尔的MC34701可以提供1.5A的电流,同时还 具有上电和下电控制功能和其他保护功能。

问:用硬件信号能控制电源以实现对负载的电源关断 和自动重启么?
答:可以。

问:使用LDO的时候如果输入和输出压差较大芯片发 热量会不会很大?
答:不会,也不用使用散热装置。

问:飞思卡尔有没有控制下电时序的方案?
答:飞思卡尔的Quicc电源能提供上电和下电时序。您 只需对器件的相应管脚进行设置即可。

问:MC34703能承受多大的瞬间电流?
答:19A。

问:负载点是怎么划分的?
答:首先,您需要清楚功耗预算的要求和您要为其供电 的系统中每个负载点的要求。这取决于纹波电压、 线路、负载调整、功率输出等。一旦实现了负载的 这些特性,您就获得了能够满足这些要求的电源。 如果您参加飞思卡尔的电源管理解决方案在线座 谈,就可以看到3G系统的例子。我们还给出了能 够满足特殊负载要求的设计实例。观看在线座谈 重播,敬请登录网站:http://www.freescale.com.cn/webcast/Analog/PowerManagementSolution.asp

问:POL电源主要应用于何种场合? 使用POL电源应注 意那些问题?
答:有一点要说明,POL是负载点(Point of load),它是 一种电源管理方法,而不是一种电源。不管系统是 复杂还是简单,POL都可以用于其中。事实上,您 的系统电源越复杂,这种方案给您带来的好处越多。 您会获得更好的EMC、更好的负载调整、更快的瞬 态响应和更低的IR损耗。使用POL时,您需要注 意总负载,因为每个POL都有它自己的主电源或“砖 式”电源。

问:飞思卡尔的电平转换器对电源的加电顺序有何影响? 应如何考虑?
答:这不会影响您的加电顺序,除非它切断了您的IO 或内核电压的电源线。即使真的发生了这种情况, 如果加电顺序仍能正常工作,它仍可以保证加电顺 序的正确性。详细信息,敬请垂询飞思卡尔本地FAE。

问:可否采用瞬态电压抑制器来应付负载突降?
答:这看你谈论的是什么器件。Freescale的DC-DC转 换器都能处理瞬态电涌,我们也确实有像热交换控 制器这类专用器件来处理较大的电涌。但是如果 您添加一个外部抑制器的话,您需要考虑响应时间 以及它是否会降低负载的供电量。如需进一步帮 助,请联系Freescale的本地FAE。

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