便攜產品充電電路旁路元件的選擇

　　手機、數碼相機、數碼攝像機、DVD播放器、MP3播放器和PDA等便攜式產品的充電電路設計可以采用四種不同的拓撲結構。四種解決方案都使用帶外部旁路元件（見圖1）的控制PMU（電源管理單元）。本文將探討外部旁路元件的組成，并將討論各種設計的優點和缺點。

　　圖1 帶外部旁路元件的解決方案

　　選擇旁路元件取決于不同因素和它們各自對設計的重要性，包括開關效率、功率損耗、散熱、驅動電路配置、PMU配置、PCB占位面積、封裝高度、ESD容差和價格。充電電路額定電流小于600mA時，旁路元件經常集成在PMU中，完全不需要外部元件，因此，本文著重于討論額定電流為1A的便攜式產品的充電電路。旁路元件的四種不同的拓撲結構如圖2所示。

　　圖2 旁路元件的四種不同的拓補結構

　　開關效率對于電路很重要，其中旁路元件的開關時間引起的損耗將影響電池壽命。

　　正在推出的開關充電電路在給定面積中的功耗比標準線性穩壓器少。拓撲結構A、B和D適用于這種情況，設計人員在選擇時可以著重考慮MOSFET的開關時間。

　　導電功耗是影響電路效率的重要因素。旁路元件上的壓降越小，功耗就越小。拓撲結構A和B都含有肖特基二極管，其上的壓降相對較高，因此功耗也較大。拓撲結構C是一個低VCEsat的雙極晶體管（BJT），其中設計人員必須考慮驅動電流損耗以及BJT上的損耗。拓撲結構D使用了兩個串聯現代溝道（modern trench）MOSFET，其中兩個元件都增加了損耗。背靠背布置的小RDS（ON） MOSFET可提供極小的導通功耗。

　　散熱在線性穩壓充電電路中起著重要作用。1A的線性穩壓使這些超小的封裝產生大量的熱量。散熱方法之一是使用單獨封裝的元件，讓不同元件在PCB上均勻散熱。替代方案是將幾個元件封裝在一起，設計時需要著重考慮的是封裝熱阻。WDFN 2mm×2mm封裝中的BJT和MOSFET新產品的特征是墊盤暴露在下面，明顯降低了熱阻。使用拓撲結構C（BJT）時，設計人員需要考慮潛在的熱量流失。

　　驅動電路配置會受PMU設計影響，大多數PMU會提供為BJT或MOSFET設計的驅動電路。在分立設計中，BJT會需要能被吸收或耗散的連續驅動電流。增益相對高的BJT需要更小的驅動電流。MOSFET需要高柵極電壓以得到低導通損耗。對于P溝道器件，可能需要增加一個電平偏移，而N溝道器件可能需要增加一個電荷泵。

　　PMU配置可能使用旁路元件完成充電以外的功能。拓撲結構D中，旁路元件用作開關，讓電流從充電電池返回到另一個元件或電路。這種配置經常用于筆記本電腦中的可拆卸電池組上，其中相同的電池組連接器用于電池充電并對筆記本電腦供電。而且，在電話中，電池可用于驅動外部揚聲器、MP3播放器、藍牙等。

　　由于設計人員要不斷滿足更新的挑戰，在更小的空間中容納更多的元件，因此，PCB占位面積和封裝高度也起著重要的作用。WDFN（0.75mm）或UDFN封裝（0.55mm）的特征是外形極薄、占位面積小且性能高，它們是今天便攜式電子設備的中常選用的器件封裝方式。如果封裝高度和占位面積不重要，那么設計人員可以從所有四種拓撲結構選擇多樣化的封裝形式，其中，拓撲結構A需要挑選并放置另一額外元件。

　　隨著便攜式產品越來越小，ESD容差也變得越來越重要。鄰近或在連接器上的ESD電荷變得越來越重要。因為BJT（HB＞8000V）的結構，其抗ESD性能明顯比MOSFET（HB＞300V）好，而且不需要外部ESD保護，因此減少了元件數量。

　　價格始終是設計人員需要考慮的一個重要因素。封裝形式越老、封裝尺寸越大，價格就越低。比如，SOT23（3 mm×3mm）是業內成本最低的封裝之一。至于其他小型封裝，如ChipFET（3mm×2mm）或最新的WDFN（2mm×2mm）封裝，尺寸更小、熱阻更低，但是價格較高。在體積較大、形式較老的封裝中使用拓撲結構A將是性價比最高的解決方案。

　　結論

　　新產品推出時間越來越短，使得設計工程師不得不重用前一充電電路的設計，而這種做法常常使制造商陷入更被動的局面，因為他們的競爭對手正在評估最新的技術并應用這些新解決方案以獲得明顯的性能優勢。市場需要更小、更薄、更快、更耐熱和更可靠的產品，在變攜產品的充電電路設計上，也是同樣，需要設計工程師考慮多方面的因素，最后取得性能和價格的平衡，使自己的產品能接受市場的挑戰。