Figura 1: Aplicații portabile pentru baterii Li-Ion
Circuitele integrate cu topologie ridicătoare de tensiune sunt necesare în aplicații portabile deoarece fluctuațiile de tensiune a majorității bateriilor sunt în plaja de la 4.2V (complet încărcat) la 3V (complet descărcat), în vreme ce tensiunea de intrare a circuitelor ulterioare este de până la 12V sau mai mult. Aplicațiile portabile, precum Bluetooth audio, bancurile de putere cu încărcare rapidă și sistemele portabile POS implică diverse produse de ridicare a tensiunii disponibile pe piață, inclusiv controlere discrete cu MOSFET-uri externe, convertoare nesincrone ridicătoare de tensiune cu diode externe, funcții sau domenii de tensiune de intrare/ieșire limitate (vedeți figura 1). Aceste soluții necesită mai mult spațiu, necesită mai multe componente și oferă un randament mai redus, compromițând performanța în termeni de zgomot și siguranță în funcționare.
MP3432 de la Monolithic Power Systems (MPS) operează de la o tensiune de intrare mică de până la 2.7V, suportă o tensiune de intrare de operare de la 0.8V la 13V și o tensiune de ieșire de până la 16V. Mai mult, MP3432 integrează două MOSFET-uri sincrone cu funcții optimizate, precum o limită de curent de comutație programabilă de până la 21.5A, o putere de sarcină de până la 30W de la o baterie tip celulă, operare în mod de trecere (pass-through) în modul PSM (pulse-skip mode), diferite moduri de operare și o densitate mare de putere în capsulă QFN (3 mm × 4 mm).
Figura 2: Randament MP3432 în PSM vs. Curent de sarcină
Figura 3: Performanțele termice ale circuitului MP3432
Dimensiune mică, densitate mare de putere
MP3432 elimină necesitatea utilizării unor diode Schottky externe, voluminoase și ineficiente, prin integrarea de MOSFET-uri de putere mici de 6.5mΩ și 10mΩ RDS(ON), utilizând cele mai recente tehnologii de procesare ale MPS, tehnici avansate de proiectare a circuitelor și tehnologie de încapsulare. MP3432 atinge un randament de vârf de până la 97% la o tensiune de intrare de 4.2V și mai mult de 85% în domeniul de operare principal, cu performanțe termice excelente (vedeți figurile 2 și 3). Protejată în capsulă QFN (3 mm × 4 mm × 0.9 mm), densitatea de putere a MP3432 este de 40.9kW/inch3, făcând astfel ca circuitul să fie unul dintre singurele convertoare ridicătoare de tensiune disponibile comercial, cu așa o mare densitate de putere în clasa de 30W. Suplimentar, MP3432 adoptă o tehnologie de control COT (constant-off-time), care furnizează răspuns tranzitoriu rapid și reduce capacitatea de ieșire, contribuind mai departe la reducerea dimensiunii globale a soluției.
Figura 4: MP3432 oferă un curent precis de intrare de vârf Condiții de test: VIN = 6.6V, VOUT = 9 // Condiții de test: VIN = 3.3V, VOUT = 9V, IO = 0A → OCP (10A limit)
Figura 5: Tranziția tensiunii de ieșire a MP3432 Condiții de test: VIN = 4.2V, VOUT = 4.5V/1A → 15V/1A, ILIM = 10A
Performanță și siguranță în funcționare îmbunătățite
În aplicațiile audio alimentate de la baterii, critice sunt nu numai calitatea audio, ci și durata de viață a bateriei. Pinul MODE al MP3432 suportă selecția modurilor PSM, conducție continuă forțată FCCM și mod ultrasonic USM în condiții de sarcină ușoară. MP3432 poate atinge randament ridicat în PSM, poate produce un riplu VOUT foarte mic în FCCM și previne zgomotul audibil în USM.
MP3432 utilizează o limită programabilă a curentului de vârf de comutație pentru a oferi o protecție precisă la suprasarcină pentru multe aplicații diferite. Limita de curent de vârf poate fi programată precis printr-un rezistor pe pinul ILIM și poate fi calculată cu ecuația (1):
Unde RILIM este rezistența pe ILIM.
Cu această rezistență, curentul de vârf al MP3432 poate fi programabil de la 4A la 21.5A. În fiecare ciclu, circuitul intern de detecție a curentului monitorizează semnalul de curent de nivel inferior MOSFET (LS-FET). Odată ce curentul detectat atinge limita de curent stabilită, LS-FET Q1 trece în starea oprit (vedeți figura 4). Limita de curent de vârf programabilă poate răspunde diferitelor cerințe în numeroase aplicații. Figura 5 prezintă faptul că MP3432 poate încărca rapid tensiunea de ieșire la putere maximă și nu este nicio depășire în etapa tranzitorie dacă tensiunea de ieșire tranzitează către o valoare mai mare. MP3432 poate lucra în modul PSM (pass-through mode – mod de trecere) prin stabilirea pinului MODE în nivel inferior.
În PSM, dacă VIN este mai mare decât VOUT_SET, MP3432 trece în modul de trecere automat, în care MOSFET-ul de nivel superior (HS-FET) este întotdeauna pornit – ON, iar LS-FET întotdeauna oprit – OFF (vedeți figura 6). Modul de trecere previne pierderea de curent în HS-FET atunci când VIN este mai mare decât VOUT_SET. Figura 7 prezintă performanțele atunci când VIN este mai mare decât VOUT într-un dispozitiv similar, fără mod de trecere PSM și cu dioda parazită în funcționare.
Figura 6: Dispozitivul MP3432 în modul de trecere în PSM Condiții de test: VIN = 6V→ 12V/, VOUT =9V/1A
Figura 7: Un alt dispozitiv fără mod de trecere în PSM Condiții de test: VIN = 6V → 12V, VOUT = 9V/1A
Modul de trecere este foarte util în difuzoarele Bluetooth. Tensiunea de ieșire a convertorului ridicător de tensiune trebuie să fie direct proporțională cu semnalul audio al difuzorului Bluetooth. Dacă semnalul audio sau debitul de aer este foarte mic, tensiunea de ieșire trebuie să descrească la nivelul VIN pentru a economisi pierderile de putere în comutația ridicătoare de tensiune. În orice caz, soluțiile tradiționale pot suporta numai mod de comutație ridicător de tensiune cu ieșire ridicată. Aceasta poate cauza o calitate proastă a sunetului la un semnal audio mic. Atunci când dioda parazită din soluțiile vechi lucrează, randamentul și performanțele termice nu sunt optime, iar scenariul cel mai rău ar putea conduce la deteriorări ale MOSFET-ului de putere la sarcini ridicate, datorită creșterii temperaturii diodei parazite (vedeți figura 8).
Figura 8: MP3432 cu mod de trecere în PSM, VOUT descrescând Condiții de test: VIN = 8V, VOUT =15V → 8V/1A
Figura 9: Un alt dispozitiv fără mod de trecere în PSM, VOUT descrescând Condiții de test: VIN = 8V, VOUT =15V → 8V/1A
Totuși, MP3432 poate lucra în modul de trecere, oferind o excelentă calitate a sunetului și eliminarea problemelor datorate temperaturilor ridicate. Figura 9 prezintă performanțele atunci când VOUT descrește până la a fi egală cu VIN pentru un alt dispozitiv fără mod de trecere în PSM și cu dioda parazită în funcționare.
Concluzie
MP3432 de la MPS este o alegere perfectă pentru primul nivel al sistemelor alimentate de la baterii. MP3432 poate furniza o putere de 30~40W sistemelor cu intrare de la baterii, având ca țintă aplicații portabile și de larg consum cu cel mai mic nivel de consum energetic în mod de așteptare, oferind în același timp randament ridicat la nivele de curent foarte reduse, conducând la o durată de viață mai mare a bateriilor și a timpului de rulare a aplicației. MP3432 permite performanțe excelente la toate nivelele de sarcină și oferă cel mai eficient și extins portofoliu de produse pentru soluțiile portabile de pe piața actuală.
Dacă doriți să aflați mai multe informații, vă invităm să intrați în legătură cu contactul dvs. CODICO sau cu dl. Ivan Mitic, Manager Regional de Vânzări.
Ivan Mitic
ivan.mitic@codico.com
+43 1 86 305-194
CODICO | www.codico.com | www.codico.com/shop
