如何在智能手机中使用升压旁路作为预调节器

1.前言

智能手机等便携式设备的典型电源是单节锂离子电池。随着硅负极材料的发展和电池能量的最大化，例如智能手机应用中的最低工作电压通常更低，例如2.7V。

某些负载配置，例如 Wi-Fi® 模块、嵌入式多媒体卡 (eMMC) 和安全数字 (SD) 卡，需要高于 2.7V 的稳压电压。集成到电源管理集成电路 (PMIC) 中的低压降稳压器 (LDO) 为这些电源轨供电。LDO 的输入 (VLDO_IN) 必须略高于 LDO 的最高输出电压。因此，如果 VLDO_IN 最终处于锂离子电池工作范围的中间，则在电池和 LDO 的输入端之间需要一个升压调节器，以保证 LDO 的输入高于其最高稳压电压。

2.预调节器电源系统

如果电池处于良好的充电状态并且电压高于所需的最低系统电压，负载配置不需要升压功能，而只是直接将电池电压旁路到 LDO 的输入。

图 1 说明了在智能手机应用中使用升压旁路作为预调节器的电源系统。

图 1：PMIC 预稳压器的旁路升压

TI 开发了 TPS61280A、TPS61281A 和 TPS61282A PMIC 系列，专门用于智能手机的预调节器。当电池电压高于 LDO 输入的最低要求电压时，它以低电阻、高效旁路模式运行。TPS6128xA 用作高功率预稳压器，可延长电池运行时间并克服受电系统的输入电流和电压限制。

关断时，TPS6128xA 以真正的直通模式运行，静态功耗仅为 3µA，可实现最长的电池保质期。

在运行期间，当电池处于良好的充电状态时，低欧姆、高效的集成直通路径将电池连接到供电系统。

如果电池处于较低的充电状态并且其电压低于所需的最小系统电压，则设备会无缝过渡到升压模式以使用全部电池容量。

如果电池电压低于所需的最低电压，设备将无缝转换到升压模式，如图 2 和图 3 所示。

图 2：TPS618xA 升压/旁路连接

图 3：TPS618xA 输出电压调节

扫描 TPS6128xA 的输入电压，在 V OUT_Boost = 3.4V 时对 TPS6128xA 条件进行台架测量，输出电压跟随输入电压，在旁路模式下在 1.5A 负载下有大约 70mV 的间隙，这是由电流引起的流经旁路场效应晶体管 (FET) (M3)。

在输入电压斜降期间，当输入电压超过升压/旁路阈值（在本例中为 3.4V）时，TPS61280A 进入升压模式，TPS61280A 的输出端有大约 100mV 的下冲。

在升高输入电压时，只要输出电压比 3.4V 阈值高 2%，TPS61280A 就会进入旁路模式，并且升压到旁路没有下冲（或过冲），过渡非常平滑。

例如，考虑在负载 = 1.5A、输出电容 = 16µF（有效）以及将输入电压从 3.3V 扫描到 3.7V 的条件下进行的台架测量。在这种情况下，输入电压大于所需的目标电压，并且 TPS61280A 的输出跟随输入电压和旁路 FET 的压降。当输入电压低于目标值时，输出电压保持在目标值，如图 4 所示。

图 4：TPS6180A 输出电压调节

TPS6128xA 具有升压和旁路之间的平滑过渡以及升压或旁路模式下的高效率，因此可以使用全部电池容量。我们可以克服由具有高最小输入电压和硅阳极放电电池化学成分的受电组件引起的高电池截止电压。该器件缓冲高电流脉冲，迫使系统关闭，在升压和旁路模式之间无缝转换。

预调节器受益于延长电池工作时间，这对电池工作时间有显着影响，并转化为更长的使用时间或在同等电池容量下更好的用户体验，或在类似使用情况下降低电池成本次。

TPS61281A 和 TPS61282A 具有固定的限流阈值以及在升压和旁路之间发生转换的默认电压值。TPS61280A 是一款通过 I 2 C（两线接口）完全可编程的器件。TPS61280A 为我们提供了高度的灵活性，可以根据我们自己的系统需求定制设备。表 1 总结了 TPS6128xA 器件系列的关键参数。

表1 ：TPS6128x 系列器件概览

TI 的 TPS61280A、TPS61281A 或 TPS61282A PMIC 用作预稳压器可延长电池运行时间并克服受供电系统的输入电流和输入电压限制。PMIC 采用 16 引脚芯片级封装 (CSP)，提供非常小的总解决方案占板面积 (<20mm 2 )，且外部电感器和输入电容器最少。