LP3910：硬盤式便攜媒體播放器的電源管理利器

在電子設(shè)備的設(shè)計中，電源管理是至關(guān)重要的一環(huán)。對于硬盤式便攜媒體播放器這類對電源要求較高的設(shè)備，一款性能出色的電源管理芯片能極大提升設(shè)備的穩(wěn)定性和性能。今天，我們就來深入了解一下德州儀器（TI）的LP3910電源管理集成電路。

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一、產(chǎn)品概述

LP3910是一款專為硬盤式便攜媒體播放器優(yōu)化的可編程系統(tǒng)電源管理單元。它集成了多種功能模塊，包括兩個低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）、兩個帶動態(tài)電壓縮放（DVS）的集成降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器、一個寬負(fù)載范圍的升降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器、一個4通道8位ADC以及一個雙源鋰離子或鋰聚合物電池充電器。此外，它還具備先進(jìn)的電池管理功能，如電池溫度測量、USB反向電流阻斷、LED充電器狀態(tài)指示、熱調(diào)節(jié)內(nèi)部功率FET、電池電壓監(jiān)測、過流保護和10小時安全定時器等。

二、主要特性

（一）電壓調(diào)節(jié)

1. 低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）
   • 有兩個LDO，LDO1適用于通用應(yīng)用，能快速響應(yīng)瞬態(tài)變化，適用于數(shù)字負(fù)載和高帶寬模擬負(fù)載；LDO2則側(cè)重于低噪聲性能，為模擬負(fù)載供電。
   • 輸出電壓可編程，LDO1輸出電壓可在1.2V至3.3V之間以100mV的步長調(diào)節(jié)，LDO2可在1.3V至3.3V之間以100mV的步長調(diào)節(jié)。
   • 兩個LDO均可提供高達(dá)150mA的負(fù)載電流。
2. 降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器（Buck）
   • 集成了兩個高效同步開關(guān)降壓調(diào)節(jié)器Buck1和Buck2，能為便攜式系統(tǒng)的處理器、內(nèi)存和I/O提供恒定電壓。
   • Buck1輸出電壓范圍為0.8V至2V，Buck2為1.8V至3.3V，可根據(jù)輸入電壓和輸出電壓以及所選電感提供高達(dá)600mA的電流。
   • 具備軟啟動、欠壓鎖定、過流保護和熱過載保護等功能。
3. 升降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器（Buck - Boost）
   • 為硬盤提供典型3.3V的工作電壓，能根據(jù)電池電壓自動在降壓和升壓模式之間切換。
   • 輸入電壓范圍為2.7V至5.7V，輸出電壓可在1.8V至3.3V之間以50mV的步長調(diào)節(jié)，可支持高達(dá)1A的負(fù)載。

（二）電池充電與管理

1. 電池充電器
   • 可安全地為單節(jié)鋰離子或鋰聚合物電池充電，支持調(diào)節(jié)后的6V汽車適配器、交流壁式適配器或USB電源（VBUS）。
   • 具備恒定電流預(yù)充電、恒定電流（CC）全速率充電和恒定電壓（CV）充電功能，通過內(nèi)部功率FET Q2進(jìn)行CC和CV調(diào)節(jié)，并具有反向電流阻斷功能。
   • 充電終止電壓可選擇4.1V、4.2V或4.38V，室溫下控制精度在±0.35%以內(nèi)。
2. 電池溫度監(jiān)測
   • 通過TS引腳連接電池?zé)崦?a target="_blank">電阻，可連續(xù)監(jiān)測電池溫度。只有當(dāng)電池溫度在內(nèi)部比較器設(shè)定的可接受范圍內(nèi)時，才允許充電。
   • 溫度范圍可設(shè)置為0°C至45°C或0°C至50°C，具有3°C的溫度滯后。

（三）其他特性

1. 4通道8位ADC
   • 采用雙斜率積分式ADC，能有效過濾輸入電壓中>500kHz和<125kHz的噪聲成分，無需采樣保持階段。
   • 可測量電池電壓、充電電流以及兩個外部模擬信號，用于燃料計量和其他模擬參數(shù)測量。
2. I2C接口
   • 支持400kHz的I2C兼容接口，可對各種設(shè)備參數(shù)進(jìn)行編程，實現(xiàn)靈活的配置。
3. 中斷請求輸出
   • 具有8個中斷源，可通過開漏IRQB引腳向系統(tǒng)處理器發(fā)出中斷請求，方便系統(tǒng)對各種事件進(jìn)行及時響應(yīng)。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

LP3910適用于多種硬盤式便攜設(shè)備，如硬盤式媒體播放器、便攜式游戲播放器和便攜式導(dǎo)航設(shè)備等。其豐富的功能和靈活的配置能力，能滿足這些設(shè)備對電源管理的嚴(yán)格要求。

四、設(shè)計要點

（一）電感選擇

對于Buck1、Buck2和Buck - Boost轉(zhuǎn)換器，電感的選擇至關(guān)重要。電感不能飽和，且電感電流紋波要足夠小以實現(xiàn)所需的輸出電壓紋波。可通過計算電感飽和電流來選擇合適的電感，也可選擇飽和電流額定值大于最大電流限制的電感。

（二）電容選擇

1. LDO電容
   • 輸入電容推薦使用1μF的電容，連接在LDO輸入引腳和地之間，且距離輸入引腳不超過1cm，可使用陶瓷、鉭或薄膜電容。
   • 輸出電容推薦使用1μF的陶瓷電容，ESR在5mΩ至500mΩ之間，以確保LDO的穩(wěn)定性。
2. Buck和Buck - Boost電容
   • 輸入電容推薦使用10μF、6.3V的陶瓷電容，靠近設(shè)備輸入放置，以提供良好的輸入電壓濾波。
   • 輸出電容Buck1和Buck2使用10μF、6.3V的陶瓷電容，Buck - Boost使用22μF的電容，靠近設(shè)備輸出放置，以平滑輸出電壓。

（三）布局設(shè)計

1. 輸入和輸出電容應(yīng)靠近電路放置，使用寬走線以允許高電流通過。
2. 敏感組件應(yīng)遠(yuǎn)離高脈動電流組件，去耦電容應(yīng)靠近電路VIN引腳。
3. 數(shù)字和模擬地應(yīng)分開布線，并在一點處星型連接，盡量減少高電流和開關(guān)電流路徑。

五、總結(jié)

LP3910以其豐富的功能、靈活的配置和出色的性能，為硬盤式便攜媒體播放器等設(shè)備提供了全面的電源管理解決方案。在設(shè)計過程中，合理選擇電感、電容和進(jìn)行布局設(shè)計，能充分發(fā)揮LP3910的優(yōu)勢，提升設(shè)備的整體性能和穩(wěn)定性。各位電子工程師在遇到類似的電源管理設(shè)計需求時，不妨考慮一下LP3910，相信它會給你帶來意想不到的效果。你在實際設(shè)計中是否遇到過電源管理方面的難題呢？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。