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1、海信移动通信技术有限公司CDMA所Hisense Mobile Communications Technology Co.,Ltd.Rev.X1April 23Page 1手机电源基础知识海信移动通信技术有限公司CDMA所Hisense Mobile Communications Technology Co.,Ltd.Rev.X1April 23Page 21.电池基础知识2.常用电源模块3.高通PM8029电源管理芯片介绍海信移动通信技术有限公司CDMA所Hisense Mobile Communications Technology Co.,Ltd.Rev.X1April 23Page 3
2、1、电池基础知识锂离子电池 根据锂离子电池所用电解质材料不同，锂离子电池可以分为液态锂离子电池(lithium ion battery,简称为LIB)和聚合物锂离子电池(polymer lithium ion battery,简称为LIP)两大类。聚合物锂离子电池所用的正负极材料与液态锂离子都是相同的，电池的工作原理也基本一致。它们的主要区别在于电解质的不同,锂离子电池使用的是液体电解质,而聚合物锂离子电池则以固体聚合物电解质来代替。相比液体锂离子电池，聚合物锂离子电池能量高，安全性能好，而且可以做到很薄，但是价格比较贵。目前我们使用的大都还是液态锂离子电池。海信移动通信技术有限公司CDMA所
3、Hisense Mobile Communications Technology Co.,Ltd.Rev.X1April 23Page 41、电池基础知识镍氢电池：镍氢电池是有氢离子和金属镍合成，单元电池额定电压低。价格比较便宜，性能比锂电池差，目前手机上一般都不是用镍氢电池。海信移动通信技术有限公司CDMA所Hisense Mobile Communications Technology Co.,Ltd.Rev.X1April 23Page 51.电池基础知识电池的组成：我们所用的锂离子电池是有电芯和保护板两部分组成。电芯负责储蓄电池的电量，保护板用来保护电池过充和过放。一般电芯的铝壳为正极
4、。电池保护电路框图海信移动通信技术有限公司CDMA所Hisense Mobile Communications Technology Co.,Ltd.Rev.X1April 23Page 6 BUCK 型DC-DC 2、常用的电源模块Step Down“Buck”Converter Step UP“Boost”Converter海信移动通信技术有限公司CDMA所Hisense Mobile Communications Technology Co.,Ltd.Rev.X1April 23Page 72、常用的电源模块BUCK型型DC-DC的工作原理：的工作原理：当开关闭合时候，电流当开关闭合时候
5、，电流 当电感当电感线圈未饱和前电流线性增加；电线圈未饱和前电流线性增加；电容容C充电，电压上正下负；充电，电压上正下负；当开关断开时（图当开关断开时（图b），电感线圈），电感线圈L中的磁场将改变线圈两端的电压中的磁场将改变线圈两端的电压极性，以保持电流极性，以保持电流 不变；此电不变；此电容容 C处于放电状态，有利于维处于放电状态，有利于维持持 和和 不变。不变。海信移动通信技术有限公司CDMA所Hisense Mobile Communications Technology Co.,Ltd.Rev.X1April 23Page 82、常用电源模块主要关系式：当开关闭合时波形如右图所示，当开
6、关闭合时，电感电流线性上升，增量为：海信移动通信技术有限公司CDMA所Hisense Mobile Communications Technology Co.,Ltd.Rev.X1April 23Page 92、常用电源模块 时间段内流过电感的电流增量为：稳态时候两个电流变化相等即：整理得：由以上公式可以看出，输出电压随占空比的变化而变化，以上公式是在电感电流连续的情况下得出的；电感电流不连续的情况推导公式类似，在此不再分析。海信移动通信技术有限公司CDMA所Hisense Mobile Communications Technology Co.,Ltd.Rev.X1April 23Page
7、10 降压型DC-DC功率电感的选择要点：1）电感值2）直流阻抗3）饱和电流电感值一般采取DC-DC规格书推荐值，并非越大越好。直流阻抗一般越低越好；电感电流计算：电感的饱和电流要大于平均电流加上二分之一的纹波电流，具体公式如下：2、常用电源模块海信移动通信技术有限公司CDMA所Hisense Mobile Communications Technology Co.,Ltd.Rev.X1April 23Page 112、常用电源模块Boost 型DC-DC Step UP“Boost”ConverterBoost变换器电路原理图海信移动通信技术有限公司CDMA所Hisense Mobile C
8、ommunications Technology Co.,Ltd.Rev.X1April 23Page 122、常用电源模块 当开关打开时(图a）,流过电感的电流 在电感线圈未饱和前线性增加，电能以磁能的形式存在电感线圈中。此时电容C放电，电阻R上的电压上正下负；当开关闭合时（图b），由于线圈L中的磁场将改变L中的电压极性以保持 不变；这样线圈L中的磁能将转变为电压 和电压 串联高于 电压向电容C和电阻R供电。高于 时电容C充电，等于 时充电电流为零，低于时，电容C放电以保持 不变；由于 高于所以称之为升压变换器。海信移动通信技术有限公司CDMA所Hisense Mobile Communic
9、ations Technology Co.,Ltd.Rev.X1April 23Page 132、常用的电源模块电感电流连续波形图 当开关S打开时，线性上升，其电流增量为 （D1为接通时间占空比）；当开关S闭合时，线性下降，其增量为：（D2为断开时间占空比）两个稳态时候电流的变化量相等：化简得：海信移动通信技术有限公司CDMA所Hisense Mobile Communications Technology Co.,Ltd.Rev.X1April 23Page 142、常用电源模块升压型DC-DC功率电感的选择：在升压电路中电感的饱和电流要满足最大电流的要求，最大的输出电流为额定输入电流与二分
10、一纹波电流的和。海信移动通信技术有限公司CDMA所Hisense Mobile Communications Technology Co.,Ltd.Rev.X1April 23Page 152、常用电源模块LDO(低压差线性稳压器）线性稳压器使用在其线性区域内运行的晶体管（放大区）或 FET（可变电阻区），从应用的输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压。所谓压降电压，是指稳压器将输出电压维持在其额定值上下 100mV 之内所需的输入电压与输出电压差额的最小值。海信移动通信技术有限公司CDMA所Hisense Mobile Communications Technology Co.,L
11、td.Rev.X1April 23Page 162.常用电源模块 其工作过程为：取样电压加在比较器A的同相输入端，与加在反相输入端的基准电压Uref（通过稳压管实现）相比较，两者的差值经放大器A放大后，控制串联调整管的压降，从而稳定输出电压。当由于某种原因（如电网波动或负载电阻的变化等）使输出电压Uout降低时，取样电压与基准电压的差值为负增加，拉低基极电位，比较放大器输出的驱动电流增加，串联调整管压降减小，从而使输出电压升高。相反，若输出电压Uout超过所需要的设定值，取样电压与基准电压的差值为正增加，基极电位升高，比较放大器输出的前驱动电流减小，从而使输出电压降低。供电过程中，输出电压校正
12、连续进行，调整时间只受比较放大器和输出晶体管回路反应速度的限制。海信移动通信技术有限公司CDMA所Hisense Mobile Communications Technology Co.,Ltd.Rev.X1April 23Page 172.常用的电源模块LDO的以下几个参数在手机设计中特别重要：输出电压(Output Voltage)输出电压是低压差线性稳压器最重要的参数，也是电子设备设计者选用稳压器时首先应考虑的参数。低压差线性稳压器有固定输出电压和可调输出电压两种类型。固定输出电压稳压器使用比较方便，而且由于输出电压是经过厂家精密调整的，所以稳压器精度很高。最大输出电流(Maximum
13、Output Current)用电设备的功率不同，要求稳压器输出的最大电流也不相同。通常，输出电流越大的稳压器成本越高。为了降低成本，在多只稳压器组成的供电系统中，应根据各部分所需的电流值选择适当的稳压器。输入输出电压差(Dropout Voltage)输入输出电压差是低压差线性稳压器最重要的参数。在保证输出电压稳定的条件下，该电压压差越低，线性稳压器的性能就越好。LDO的工作条件：Vin=Vdrop+Vout。输入电压满足此条件，LDO才能正常工作。海信移动通信技术有限公司CDMA所Hisense Mobile Communications Technology Co.,Ltd.Rev.X1
14、April 23Page 182.常用的电源模块LDO的负载调整率(Load Regulation)即LDO的稳定性与瞬态响应，由于负载电流动态变化大，要求LDO的稳定性与瞬态响应性能好，否则导致系统工作异常。PSRR参数 PSRR，就是 Power Supply Rejection Ratio 的缩写，中文含意为“电源抑制比”。也就是说,PSRR 表示把输入与电源视为两个独立的信号源时，所得到的两个电压增益的的比值。基本计算公式为：PSRR 的单位为分贝(dB)，采用对数比值。PSRR 越大，输出信号受到电源的影响越小。LDO的输出噪声，这直接关系到输出电源的干净与否。海信移动通信技术有限公
15、司CDMA所Hisense Mobile Communications Technology Co.,Ltd.Rev.X1April 23Page 192.常用的电源模块Charge pump（电荷泵）Charge Pump即为电荷泵，利用电容（陶瓷电容、电解电容）的充放电，以及电容两端的电压不能突变，和开关的不同组合方式来实现输出不同电压，下面举两个例子来说明一下电荷泵的原理。倍压电荷泵主要由OSC震荡电路，以及储能转换电容组成。海信移动通信技术有限公司CDMA所Hisense Mobile Communications Technology Co.,Ltd.Rev.X1April 23Pa
16、ge 203.常用的电源模块充电阶段，OSC控制S2、S3关闭，S1、S4打开，此时电容CF两端的电压被充至Vin；放电阶段，S1、S4关闭，S2、S3打开，电容CF和Vin串联，把电压提升到2Vin；负压电荷泵 充电阶段：S1、S3闭合，电容C1充至Vin；放电阶段：S2、S4闭合，Vout=-Vin 海信移动通信技术有限公司CDMA所Hisense Mobile Communications Technology Co.,Ltd.Rev.X1April 23Page 21 3.常用的电源模块几种电源芯片的应用：DC-DC的效率要高于LDO，在一般芯片的核电压以及其它效率要求高的地方要选择DC-DC作为电源转换芯片；在一般的外围模块，如果摄像头，传感器等一般用LDO就可以了。Charge Pump一般用在LCD的背光驱动芯片等。