MAX8648新技术方案

当今便携电源产品和创新技术，包括照明电源管理（相机闪光灯1.2A电源，效率高达94％的电荷泵，高集成、低成本、最小芯片级封装的LED驱动器）、高集成PMIC（最快的4MHz开关频率，完整的多媒体／应用电源）、电池充电技术（最小的4平方毫米CC-CV充电器，USB／AC／电池输入充电器）。

与便携电源产品和创新技术类同，用于计算、数据通信和电信系统的电源管理方案，见图1所示。除此之外，它还也包括PowerMind PMBus、PowerMind DC-DC转换、热扦拔、上下电排序、佘量控制和监测、隔离DC-DC转换器型、“或”逻辑FET控制器、MOSEFT驱动器、以太网供电(PoE)等系列产品。

图1

值此本文将对PowerMind产品：转换、控制和监测、PowerMind DC-DC转换、排序、余量控制和监测、“或”逻辑MOSFET控制器，具有最快(200ns)MOSFET导通时间和最佳的故障容限、通过系统运行控制电源-热插拔、安全、集成的充电器、基带／处理器电源及照明电源管理等新型的电源管理技术与产品作分析介绍。之所以这样，是从便携设备电源设计所应考虑主要问题（即背光/相机闪光灯电源的效率和异常大的电流要求；安全、集成的充电器；基带／处理器电源；RF电源，特别是RF功率放大器的瞬态响应和尺寸）的角度出发为设计者提供应知的信息。

1、PowerMind产品-转换、控制和监测

PowerMind系列产品具有完整的电源管理方案，可以为需要高密度和高精度监测／控制的数字通信产品提供高性能设计。该系列降压调节器内置MOSFET，可提供1A至200A的输出电流，能够工作在2.5V至28V输入电压范围，适合各种系统配置。数字控制和监测电路能够为定时操作提供微秒级的可编程分辨率，如排序、跟踪。高度灵活的监视功能提供智能报警和故障门限设置，这些器件(如MAX688)还可以单独处理各个负载点(POL)的故障状况。输出电压的精确控制确保满足高端处理器在整个温度以及产品使用周期内的严格容限要求。借助器件的数字可编程及监视功能，能够通过远端控制实现系统升级，从而省去了昂贵的现场服务费用。器件还可以对事件进行记录，便于研究失效根源，提供进一步的保护。

*利用PMBus兼容电源实现监测与控制功能

使任何DC-DC转换器／控制器／模块变成数字控制电源（见图2所示）。

图2

其特征为：PMBus兼容，多达127个地址，是±0.2％输出精度，具有精确的余量控制；精确的监视包括VOUT、IOUT与温度；完美的跟踪方案、完美的排序方案、准确报告故障、与模块电流分配及数据记录。

2、PowerMind DC-DC转换

*1至8相、VRM 10/11、K8调节器芯片组，内置MOSFET为各相提供高达25A的电流。

其MAX8659应用见图3所示。

图3

MAX8659特征为：4.5V至25V输入，具有基准输入，VRM 10/11、K8；快速的工作电流检测包括精确的电流分配与精确的压降设定；每相150kHz至1.2MHz开关频率，±0.5％初始输出电压精度，内置可编程门限的VRHOT和OVP输出，差分远程电压检测；动态VID变化，内置PGOOD消隐；可调、折返式限流与软启动和软关断。

*9V至14V输入、双路3A至5A内部开关、降压调节器

整个温度范围内1％精度、0.6V反馈；可调的输出电压可低至0.6V或REFIN；可调的开关频率或外同步到200kHz至1.5MHZ；可调的限流；启动时输出电压单调上升；源出或吸入电流；REFIN用于跟踪和DDR端接；外部低边肖特基或MOSFET；使能或POK用于排序与软启动。

*单芯片、10A、集成度最高、效率最高的降压型DC-DC转换器MAX8566。

具有96％效率、2．4MHz开关频率、8mΩRDs(ON)、小尺寸5mm x 5mm TQFN封装。

图4为功能引脚应用连接示意图。

图4

MAX8566特性：<8mQ导通阻抗开关；±1％输出电压精度；软启动降低电源浪涌电流；全陶瓷电容设计；5mm x 5mm、32引脚下QFN封装。

应用：可在ASIC／DSP／CPU核电压与DDR端接和存储器、电信／数据通信以及POL电源方面应用。

3、排序、佘量控制和监测

*最高集成度的故障监视、排序以及余量控制IC

非易失故障寄存器保存系统故障时的12通道数据，其示意图为图5所示。

图5

典型的高集成度的故障监视、排序以及余量控制IC(如MAX16046)有八点优势：±1％精度ADC实现更优的监控功能；3V至14V的中间总线电源电压；6路GPIO，看门狗I/O、可编程故障输出与余量控制；监视0V和UV门限加上附加的提前报警；门限；比竞争产品最多小75％；提供最为直观的软件；非易失故障寄存器提供附加的诊断功能；全部12路电源的余量控制-是竞争产品的两倍！

*系统监视器IC(MAX16031)确保最高的可靠性

MAX16031非易失故障寄存器保存电压、温度以及电流测量结果至EEPROM。

其特征有4大功能.其一、更高的精度：10位ADC，1％精度的门限值与可调的输入范围提供三种分辨率。其二、更大的灵活性：八路电压输入，即宽达2．85V至14V工作范围与两路欠压(UV)门限和两路过压(0V)门限；三个温度传感器，即一个内部，两个外部与两路过热门限分别用于各个传感器；电流检测放大器，即高达0．2％精度的电流监视与两路过流门限。

其三、出众的诊断功能：非易失故障寄存器，即保存来自ADC的重要故障数据与保存失效通道的故障标志；过热／过流指示器，即当模拟信号超出范围时，可配置的故障输出将告警系统控制器；故障比较器，即专用的RESET与两路附加故障输出。

其四、改善的可测试性：I2C／JTA6串行接口，即直接从内部存储器装载配置与带有告警引脚，SMBus兼容。

MAXl6031／MAXl6032的优点：更高分辨率的ADC实现更高的精度；非易失故障寄存器有助于调试和失效分析；EEPROM可配置门限实现最大的设计灵活性；附加的温度传感器保护重要系统元件；电流监视保护系统免受电流尖峰损坏；宽工作范围允许系统工作在中间总线电压；当模拟信号超出范围时，三路可配置的故障输出将告警系统控制器。

4、用于PSE和PD的高集成度、端到端PoE方案

满足IEEE 802．3af规范，适合于大功率(PoE十)应用

其供电设备(PSE)特征：有大功率(MAX5952四路PSE控制器)，即大于15W IEEE 802．3af限制和每端口可提供最高45W功率；有优异的设计灵活性(MAX5945／52四路PSE控制器)，即手动、半自动和自动模式，简化了系统调试和现场诊断；具有单端口／多端口PSE参考设计，即15W至70W单端口或多端口与中跨和终端应用。

其用电设备(PD) 特征：有优异的设计灵活性(MAX5941／42 1EEE 802。3af兼容PD接口，内置PWM控制器)，即可编程浪涌电流控制与单芯片方案替代两片IC；支持传统PSE(MAX5940 1EEE 802．3af兼容PD接口控制器)，即可调UVLO允许与传统PSE系统配合工作30W隔离/非隔离参考设计和旁路内部PD MOSFET，适合于PoE+应用。

5、“或”逻辑MOSFET控制器，具有最快(200ns)MOSFET导通时间和最佳的故障容限

MAX5079采用低压差MOSPET替代“或”逻辑二极管，用于大电流、并联、冗余电源设计。MAX5079对于服务器、RAID储存、网络交换机／路由器和银盒非常理想，其应用见图6所示。

图6

什么原因使MAX5079成为最佳选择？

替代大尺寸、大功耗二极管：采用低RDS(ON)MOSFET替代大功耗二极管与省去了大尺寸散热装置并减小了尺寸并降低成本。

故障状态下能够以最快速度关闭MOSFET：一旦VIN低于VBUS，能够在200ns内关断，防止拉低VBUS与高达3A的栅极下拉电流，确保快速关闭MOSFET。

最高等级的故障容限：当V1N<VBUS的时候关断MOSFET与当V1N失效时，通过VBUS或辅助电源取电保持对MOSFET连续控制及检测并报告电源的UV和总线0V状态。

高灵活性优化设计：可调的MOSFET反向电压门限，消除VBUS上由于脉冲干扰所产生的扰人的过冲与附加的慢比较器，内置可调门限和消隐时间，消除了热插拔时所产生的扰人的过冲。

6、通过系统运行控制电源-热插拔

热插拔器件通过监管机架设备中带电插入或拔出线卡时所引起的浪涌电流，避免故障的发生。热插拔方案极为紧凑，具有很高的可靠性，并且设计非常简单。

热插拔系统（见图7所示）是电源和负载之间的门户。热插拔为什么重要？因板卡上电源滤波电容放电时阻抗小，插入时引入的大浪涌电流干扰电源，板卡插入系统时会产生很大的瞬间涌入电流，如果没有热插拔系统，严重时会导致背板电源电压跌落，损坏系统。

图7

而热插拔软启的动负载，限制浪涌电流保护系统充免受干扰。

*具有先进特征的热插拔控制器特征

电子电路断路器保护系统不受故障元件影响；自调节电流限制，控制任何负载电流，适用于许多系统；欠压锁定和软启动，控制上电电压和浪涌电流，保护你的系统；有源电流调节，限制短路来保护系统；集成电荷泵，低成本N沟道FET开关应用；通信／控制(FAULT，EN／DIS，PGood)，元件故障时与系统控制器保持通信并对隔离电源进行控制。

7、适用微处理器／ASIC供电电源的宽VIN降压控制器可满足许多不同的电压需求。

新的ISL6420A PWM降压控制器具有电压灵活性(输入范围：4.5V到28V)和有效的集成度。在单独的20引脚QFN或QSOP封装内结合了集成控制，输出调节，监控，保护功能和监视器控制，ISL6420A释放了电路板空间，通过提供多种功能节省了您的资金。完全可调的工作频率，从100kHz到1．4MHz—可进一步节省成本和空间。ISL6420A也包含输出电压监控，提供可编程的软启动序列，可在启动完成，输出稳定时生成一个PGOOD信号。图8为内部结构与功统能示意图。

图8

其主要特征：

输入电压4.5V到28V；±1.0％ROALT，0.6V内部基准下有出色的输出电压调节；电阻可选的开关频率范围从100kHz至1.4MHz；电压容限和外部参考电压跟踪；输出可吸收或提供电流；使用上部MOSFET的rDS(on)可提供无损耗，可编程的过流保护；可编程软启动；简单的单回路控制设计；快速瞬态响应；高带宽误差放大器；占空比在0％到100％的范围内完全可调；带有可编程延迟的PGOOD启动综合监控功能。

8、安全、集成的充电器-带系统负荷的充电（电源路径管理，PPM）

为什么要用电源路径管理（见图9所示）？

能在电池完个放电时即刻得到电能，如MP3播放器，手机与蓝牙耳机；能在电池充满后停止充电，同时继续对系统的电能供应，减小充／放电周期与减少过充产生的热量；能动态地分布系统和充电电流，即当系统需求增加时减少充电电流与当系统需求大于可用电流上限时能停止充电，并开始向系统放电。

图9

*电源路径管理如何工作？

给定限流条件下，控制电路持续地监测输出电压。针对下面三种不同的情况，相应地采取以下措施：第一、输出电压稳定，意味着可用电流充足：→向两个路径提供需要的电流；第二、输出电压开始下降，意味着可用电流不够充足：→减少充电电流(Lchg)直至输输出电压停止下降； 第三、输出电压持续下降到低于电池电压，意味着可用电流远远不：→合上Q2， 电池向系统VOUT供电。

*锂离子电池充电系统的安全

如果过充，锂离子电池可能会着火或爆炸，每年将有4000部手机着火或爆炸，假设每年出产的8亿部移动电话中电池被过充的概率是5ppm；任何电子元件都有可能出故障，因此需要FMEA（故障机理与后果分析）。

充电系统安全性一主要问题：不安全充电系统的主要原因，低成本的后市伪劣AC／DC适配器，无保护的后市伪劣电池；解决方案：用Samsung-高输入耐压的充电器，用Motorola-容双错的充电系统， 用Siemens-伪劣电池的防禁。

9、SRMARTMOS技术在DDR便携式消费电子设备供电中的应用

所谓的SRMARTMOS技术SMARTMO是飞思卡尔智能电源技术的名称，它是混合信号模拟集成电路的骨干。SMARTMOS技术产品是一种为纯净与精密数字环境之中的微处理器与不很精细外部世界之间的接口。它们是无线设备、汽车电子和计算机外围没备不可或缺的一部分。SMARTMOS技术可以将高密集度、高速逻辑和密模拟、高电压高电流的电源电路集成在一个芯片上。这种”智能集成”可以帮助开发出高度灵活的模拟产品、降低成本，减少设备空间和系统设计复杂性。

而DDR内存也广泛的被应用于高速和具有存储需求的应用中，比如：显卡、刀片眼务器、网络设备和通信设备。特别值得—提的是，便携消费电子应用不但对于处理速度有很高的要求，而且还需要更低的工作电压。比如常见的掌上游戏机、智能手机、数码相机等设备，都具有某种DRAM，而—且它们都需要维持最低的功耗，以延长电池使用时间。

而要为便携式设备的DDR内存选择—款合适的电源，就必须权衡性能和其他技术参数，如输入电压或输出电流之间的代价。对于DDR2内存而言，VTT来自于电源芯片，飞思卡尔的MC34716正式合适之选。

MC34716是使用SMARTMOS技术的电源产品。它集成了N通道功率MOSFET，具有高度集成、节省空间、低成本等特点的双通道同步降压开关稳压器。能使特大多数DDR应用的电源管理效率提高93％，并降低DC／DC转换的功耗。对于小型感应器和电容器。MC347126／7器件可提供IMHz的可编引入电流切换频率。

它是—款高性能负载点(PoL)电源，其第二路输出具有跟踪外部参考电压的功能。它为双数据速率(DDR)存储器提供了全面的电源解决方案。通道1只提供5.0A供电电流的驱动性能，而通道2可以提供／吸收高达3.0A的电流。两个通道都有精密的输出调节功能，可达到很高的效率。利用其高电流驱动性能，通道1可以用来向存储器芯片组提供VDDQ。通道2跟踪参考电压的能力特别适用于为现代数据总线提供端电压(VTT)。MC34716 也为存储器芯片组提供了缓冲输出参考电压(VREFOUT)。MC34716使得设计者能够灵活地实现众多控制、监视和保护功能，从而轻松实现复杂设计。

10、负电荷MAX8647泵用于照明管理

MAX8647/MAX8648能以恒定电流驱动6个白光LED或2组RBG LED，可用于显示屏背光或娱乐照明等应用。通过反转电荷泵和自适应超低压差电流调节器，这些器件可在1节Li+电池的整个输入电压范围内、甚至在LED正向电压失配较大时保持极高的效率。1MHz固定开关频率允许使用纤小的外部元件。器件的稳压方案经过优化，可确保低EMI和低输入纹波。MAX8647/MAX8648包含过热关断、开路和短路保护。

MAX8647负电荷泵，为LCD显示器背光供电时提供高效率。该负电荷泵架构消除了从电池至LED之间的线路阻抗。电池放电时，该电路延迟1倍压至1.5倍压之间的模式切换。专有的自适应模式切换技术分别对六路白光或RGB LED进行独立控制。即使LED正向压降(VF)存在较大的不匹配，MAX8647仍然能够提高效率12％。典型应用包括蜂窝电话、智能手机以及便携式媒体播放器，并可扩展到所有的显示器背光以及通用照明管理。

MAX8647提供一个I2C串行接口，MAX8648提供一个3线串行脉冲逻辑接口。两种器件均支持独立的主屏或子屏背光开启/关闭以及亮度控制。电流可在24mA至0.1mA范围内以伪对数形式分32级进行设置。两种器件均包含温度降额功能，保证设定为24mA满幅输出电流时的安全，在环境温度高于+60℃时降低电流以保护LED。

MAX8647／8648采用微型16引脚TQFN封装(3mmx 3mm x 0．8mm)，可工作在-40℃-+85℃温度范围内。