1 引言

便攜式產品電源管理集成電路的研發己擁有脈沖頻率調制（PFM）、脈沖寬度調制（PWM）及數字電源管理芯片的設計技術，并己有先進水平的系列升壓芯片設計與產品。尤其是綠色能源管理芯片與分布式太陽能最大功率跟蹤系統己經問世。本文將對分布式太陽能最大功率跟蹤系統與脈沖頻率調制（PFM）/脈沖寬度調制（PWM）混合調制電路技術特征與應用作分析說明。為此，將按照以下次序進行分析：流程內容的列表→LED恒流驅動→原理框圖→管腳定義→典型應用等。

2 IV0300分布式太陽能最大功率跟蹤系統（DMPPT）

目前市場上光伏系統一般都安裝了太陽能最大功率跟蹤系統。但普遍存在一個現象，即太陽能光伏系統中某一陣列受損將直接影響到輸出，造成能源浪費，因而就出現分了分布式太陽能最大功率跟蹤系統（DMPPT）。在此系統中，每組太陽能電池陣列獨立工作，互不影響，從而大大提高了光伏系統整體轉換效率。本文以IV0300為例進行說明。IV0300是一款太陽能充電控制芯片，適用于一節到四節太陽能電池給兩節到四節鎳氫電池或者單節鋰電池充電，能承受1.5A的峰值輸入電流。

⑴工作特征

當太陽光達到一定照度時，使得IV0300使能端（EN）收到一高電平或太陽能電池板上電壓大于1/3充電截止電壓時，DMPPT組件將自動啟動，開始對蓄電池充電。IV0300設有過充保護和充電結束指示引腳，有效防止蓄電池過充而影響到其使用壽命。

①主要特性

具有過充保護與充電完成結束指示、CVT恒電壓算法及太陽能轉換效率提高。

②典型應用

可用于光伏照明，如路燈、庭院燈、草坪燈、景觀照明等；公用設施應用，如公交站點、路標指示、安全檢查區等。

⑵ 管腳定義

ISIN-太陽能輸入；CSMP-采樣電容；VSD-關斷電壓調整輸入；Vref-參考輸出；VOC-過充保護；CHEND-充電結束指示；BOUT-電池輸出；LX-與電感連接；BGND-電路地；EN-使能端。

⑶ IV0300典型應用

① 太陽能路燈系統

光伏照明現已普遍用在家庭照明，景觀照明，城市亮化等方面。典型的應用就是太陽能路燈，它具有亮度高、安裝簡便、工作穩定可靠、不敷設電纜、不消耗常規能源、使用壽命長等優點。我們設計的太陽能路燈采用了分布式太陽能最大功率控制（DMPPT）技術，其系統架構見圖1所示。

圖1 太陽能路燈系統架構

② 太陽能路燈系統工作原理

此系統包括6大部分：光伏組件（太陽能電池板），分布式太陽能最大功率跟蹤系統（DMPPT），蓄電池（1000AH），微處理器（MPU），直流電源轉換，LED路燈（30W-50W）。在此系統中太陽能給蓄電池充電通過分布式最大功率跟蹤（DMPPT）進行控制，采用并聯方式，每組太陽能電池板獨立工作，分別對蓄電池充電。蓄電池通過直流電壓轉換芯片，得到滿足路燈工作所需電壓和微處理器（NPL）工作電壓。微處理器（MPU）控制路燈的開啟關閉和電池的選擇，采用光控開，定時關。當夜幕降臨時，微處理器（MPU）通過檢測光強啟動LED自動點亮，點亮—定時間后，其內部定時器控制LED自動關閉，有效做到節能降耗。點亮時間一般設定為（6-10）h，該時間受區域限制，一般南方地區設定為（6-8）h，北方地區設定為（8-10）h。本系統設定的為10h。該系統采用的是大容量蓄電池小功耗照明，一次充足電后，可以連續工作7天，且避免了在使用過程中造成蓄電池過放電而損壞其使用壽命。另外，由于使用了IV0300，整個系統在晚上關閉前（即光強較弱時）還能工作，繼續充電。

③ 系統優點：平均每年多生產10%-12%的電能；分布式的直流總線降低了傳輸電力損耗；兼容不同廠商的控制器到同一陣列中；太陽能電池板可以混合使用不同的角度；可靠性高，大大降低了維護成本；方便測試每組太陽能電池板上電壓，以便了解和預測整個系統的性能。

3 新型高效率升壓/降壓DC-DC轉換器

3.1高效率無縫切換升壓/降壓DC-DC轉換器

MAX8625A PWM升/降壓調節器是針對便攜式電池供電設備中的數字邏輯電路、硬盤驅動、電機及其它負載供電而設計，適用于PDA、蜂窩電話、數碼相機（DSC）、MP3播放器等產品。MAX8625A在2.5V～5.5V輸入范圍內可提供固定3.3V或可調（1.25V～4V）輸出，電流高達0.8A。MAX8625A采用2A峰值限流。專有的H橋技術在所有工作模式下可提供無縫切換，消除了其它器件中存在的尖峰干擾。4個內部MOSFET（2個開關和2個同步整流器）提供內部補償，大大減少了外部元件數。SKIP輸入用于選擇低噪聲、固定頻率PWM模式或高效跳脈沖模式。如果選擇跳脈沖模式，輕載時轉換器將自動切換至PFM模式，進一步提高輕載效率。內部振蕩器工作在1MHz，允許使用小尺寸外部電感和電容。MAX8625A的限流電路在輸出過載時關斷器件。此外，軟啟動功能有助于抑制啟動過程的浪涌電流。該器件還具有真正的關斷（True Shutdown？）功能，器件禁用時，斷開輸入端與輸出端的連接。MAX8625A采用3mm×3mm、14引腳TDFN封裝。圖2左為MAX8625A引腳功能與應用示意圖，圖2右為跳脈沖、FPWM模式下效率與負載電流的關系。其優點是單個電感、引腳可選的強制PWM（FPWM）或跳脈沖模式，僅需四個外部元件。

圖2 MAX8625A引腳功能與應用示意圖（左）；

跳脈沖、FPWM模式下效率與負載電流的關系（右）

MAX8625A的主要特征：4個內部MOSFET實現真正的H橋升/降壓轉換；升、降壓之間無擾動切換；切換過程中輸出紋波變化最小；效率高達92%；跳脈沖模式下靜態電流只有37？A（典型值）；輸入范圍2.5V～5.5V；固定3.3V輸出或輸出可調；1？A（最大值）邏輯控制關斷；真關斷，輸出過載保護；內部補償與內部軟啟動；1MHz開關頻率與熱過載保護；小尺寸3mm×3mm、14引腳TDFN封裝。

3.2更高效的1.4MHz SOT23電流模式升壓型DC-DC轉換器

1.4MHz SOT23電流模式升壓型DC-DC轉換器MAX5042是全新的熱插拔、隔離式、PWM轉換器，集成了熱插拔控制器、PWM控制器和功率MOSFET。具有50W電源，元件數減少了65%，PCB面積比1/4磚模塊小40%，成本比50W模塊低80%，熱關斷保護內部功率MOSFET和IC，無限期短路保護，2.5W熱增強TQFN封裝。圖3為MAX5042引腳功能與應用示意圖。

圖3 MAX5042引腳功能與應用示意圖

4 帶內部開關的高效降壓型DC/DC轉換器

ADP2105/ADP2106/ADP2107構成低靜態電流、同步、降壓型DC/DC轉換器產品系列，它們采用4mm×4mm LFCS小型封裝。在中高負載電流時，該系列芯片使用電流模式、恒定頻率、PWM控制方式以達到優良的穩定性和瞬態響應。為了保證便攜式應用中最長的電池壽命，ADP210在輕負載時使用節省功耗的PFM控制模式以減少開關頻率節省功耗。圖4為帶內部開關的高效降壓型DC/DC轉換器引腳功能與應用示意圖。

圖4 帶內部開關的高效降壓型DC/DC轉換器引腳功能與應用示意圖

可在個人數字助理（PDA）、無線手機、數字音頻、數碼相機、1枚鋰離子電池和鋰聚合電池以及3枚堿鎳電池等設備上應用。

5 采用1MHz、600mA PWM降壓轉換器驅動DSP核只需廉價電容

MAXl821是一款全新的1MHz PWM轉換器，它采用低ESR的陶瓷型輸入和輸出電容，具有優異的電源及負載調整特性，適合于驅動最新的DSP核。精密的電源及負載調整特性是通過創新的電流模式控制機制獲得的。獨特的斜率補償和寬帶誤差放大器，以及一個簡單的外部補償電路，使轉換器僅需小巧的4.7μF陶瓷電容即可穩定工作。

MAXl821能夠工作在PWM或PFM模式，以便獲得最優化的待機和工作效率。為最大限度延長電池壽命，MAXl821集成了低導通電阻的開關和同步整流器，提供93%的效率。圖5為MAXl821引腳功能與應用示意圖。

圖5 MAXl821引腳功能與應用示意圖

主要特性：保證輸出電流600mA；1MHzPWM開關頻率；僅需4.7μF陶瓷電容；出色的電源和負載調整；可同步至2.5G（19.8MHz）或3G（13MHz）系統時鐘；1.25V～5.5V可調節輸出電壓；無需肖特基二極管。

6 PFM/PWM混合調制電路的技術特征與應用

脈沖頻率調制（PFM）/脈沖寬度調制（PWM）混合調制電路是突破傳統的一個近乎完美的結合。

PFM/PWM混合調制電路是一款低靜態電流，高效率升壓DC-DC轉換芯片，它為單節充電電池及堿電池應用設備提供理想轉換。其特性為低靜態電流、低壓自鎖、電位感應自動輸出高低檔轉換、集成同步整流、0.3Ω開關導通電阻、能消除電感震蕩技術與過流過壓保護等。該款芯片有可以被關斷的引腳。超高的性價比是消費性電子產品設計的首選。

以IV0lXX系列為典型代表作分析，圖6為原理框圖。

圖6 IV0lXX系列PFM/PWM混合調制電路

⑴ 管腳定義

LX-與電感相連；Vout-輸出端；Vdd-內部電源；Vbat-輸入；PGND-功率地；VSS-模擬地；FB-反饋端；CON-控制端

⑵ 特性指標

輸入電壓范圍為1.0V-1.8V，輸出電壓范圍為2.0V-5.5V，轉換效率為90%，超低靜態電流；在0.95V以下低壓自鎖（UVLO）；電位感應自動輸出高低檔轉換；具有100mV反饋輸入與可調整恒流輸出及邏輯性關閉控制；能消除電感震蕩技術與過流過壓的保護；其工作溫度范圍為40℃-85℃。

⑶ 典型應用——LCD背光

以IV0101典型應用為例。IV0101作為一款高效直流升壓芯片，普遍用在4種設備上，即：單節鎳氫充電電池或堿電池手持便攜設備，LCD背光，手機背光及LED手電照明。現僅以LCD背光與1W的LED手電為例作說明。

① LCD背光

用LED作為LCD背光源已成為一個趨勢。主要因為LED不僅體積小，使用壽命長，而且色彩表現方面也遠勝傳統的CCFL（冷陰極熒光燈）。IV0l01在一節干電池輸入時，輸出最高可達200mA，至少可驅動6顆并聯的高亮LED（20mA，0.06W），滿足3英寸的LCD背光。圖7（a）為IV0101芯片應用LCD背光設計原理圖。

（a）

（b）

圖7 （a） IV0101芯片應用LCD背光設計原理圖；

（b） IV0101芯片應用1W LED手電設計原理圖

圖中參數說明見附錄（1）。

② 1W LED手電方案

該電路適用于雙節干電池驅動1W的LED手電，當輸入電壓為2.4V時，輸出電流可達300mA；2.8V時，輸出電流可達400mA以上；并且點亮時間長，兩度高，恒流無閃爍感。可為專業照明手電提供良好電源或其他設備提供恒流電源。通過調節R3與R4的值來設置輸入電壓范圍，以達到低壓自鎖目的。圖7（b）為IV0101芯片應用1W LED手電設計原理圖。

7 PFM/PWM混合調制電路IV0102的應用

7.1 與IV0101相比的特點

IV0102也是一款低靜態電流，高效率升壓DC-DC轉換芯片。可調的恒壓輸出，為單節二節三節堿電池，鎳氫電池，或單節鋰電池等手持便攜設備提供理想的電壓轉換。而特性為低靜態電流，集成同步整流，低壓自鎖，0.3Ω開關導通電阻，消除電感震蕩技術，過流過壓保護，控制方式采用PFM/PWM。該款芯片有可以被關斷的引腳。

IV0102其特性指標與IV0101相比為輸入電壓范圍1.0V-4.5V；輸出電壓范圍：2.2V-5.5V；控制方式：PFM/PWM相結合，為可調整恒壓輸出。

7.2 IV0102應用

作為一款可調整恒壓輸出，高效率升壓直流轉換芯片，可做電源普遍用在手提便攜設備中，即有單節二節三節堿電池，鎳氫電池，或單節鋰電池手持便攜設備、便攜醫療器材、藍牙應用、手機應急充電器及便攜數碼產品等多種設備。值此僅以在升壓電路與手機應急充電應用為例作說明。

⑴ 升壓電路

IV0102作為升壓電源，最普遍的應用如圖8（a）所示。如要將此路的輸出電壓設置為5.72V，分壓電阻R1，R2由下面公式決定。

圖8 （a）IV0102作為升壓電源方案圖；

（b）IV0102在手機應急充設備中的應用方案圖

圖中參數說明見附錄（2）。

⑵ 手機應急充電

該設計適用于雙節干電池手機應急充電設備，與傳統的單節干電池應用相比有大電流輸出、充電效率高等優勢。當輸入電壓為2.0V時，輸出電流可達240mA、2.4V時，輸出電流可達300mA、3.0V時，輸出電流可達380mA。可為NOKIA、SAMSUNG、Sony Ericsson、LG、MOTOROLA等大部分手機機型及數碼相機、MP3、MP4、PDA等數碼設備提供理想充電。圖8（b）為IV0102在手機應急充設備中的應用方案圖。

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