壓電能量管理芯片的整流電路和欠壓鎖定電路

壓電能量管理芯片的整流電路和欠壓鎖定電路引言：盡管能量管理的概念廣為人知已有多年，但在某種實(shí)際環(huán)境中實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)系統(tǒng)卻十分麻煩、復(fù)雜和昂貴。然而，采用了能量管理方法的市場(chǎng)實(shí)例包括交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施、無(wú)線醫(yī)療設(shè)備、輪胎壓力檢測(cè)，而迄今為止最大的市場(chǎng)便是樓宇自動(dòng)化。就樓宇自動(dòng)化而言，諸如占有傳感器、溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)器和光開(kāi)關(guān)等系統(tǒng)能夠免除通常所需的電源或控制線路，取而代之是一個(gè)機(jī)械或能量收集系統(tǒng)。同樣，運(yùn)用能量管理技術(shù)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)⒔ㄖ飪?nèi)任何數(shù)目的傳感器連接起來(lái)，以在無(wú)人值守情況下通過(guò)切斷非緊要區(qū)域的供電來(lái)降低采暖、通風(fēng)和空調(diào)以及照明成本。此外，能量管理電子線路的成本常常低于電源線路的運(yùn)行成本，因此，選用管理電能技術(shù)顯然能夠帶來(lái)經(jīng)濟(jì)上的收益。壓電管理芯片的工作原理壓電能量管理芯片，顧名思義，它負(fù)責(zé)管理能量。主要功能：負(fù)責(zé)給手機(jī)各部分分配電壓、做電平轉(zhuǎn)換、AD/DA轉(zhuǎn)換等。下面我們主要以NOKIA6120C為例子來(lái)看一下管理器的內(nèi)部一種結(jié)構(gòu)。AVILMA和BETTY搭配結(jié)構(gòu)用到的芯片：AVILMA_1.05C這個(gè)芯片比較個(gè)性，網(wǎng)上根本找不到她的datasheet，應(yīng)該是NOKIA向那個(gè)廠商定制的芯片。但是它的個(gè)性之處不在于定制，而是功能。她集成了兩路音頻功放（從圖上可以看到，應(yīng)該分別對(duì)應(yīng)的手機(jī)聽(tīng)筒和外放），SIM卡的讀取，電源按鍵的控制，MIC的放大和數(shù)字采樣，當(dāng)然還有與主控CPU的通信功能很雜。如下圖：=『*==*._三=:三三~M==千3-三.-為m*jmet」f廠王=~|=|~三MrrfmwEm=『*==*._三=:三三~M==千3-三.-為m*jmet」f廠王=~|=|~三MrrfmwEmPOWERBETTY_V2.1_V2.2_LFA這個(gè)芯片也是定制的，不過(guò)功能就專業(yè)一些，主要是用來(lái)電池充電管理，電流計(jì)量，我猜測(cè)電池電量的檢測(cè)也是靠這個(gè)芯片處理的。我不明白的是，為什么USB接口會(huì)從這個(gè)地方接進(jìn)來(lái)，要是我做的話可能會(huì)放到主控制芯片那一塊。而且從原理圖上看USB的連接方式更像是總線式，掛在了一起。

■/.壬壬?三■/.壬壬?三，耳T氣1~ ■ I_E =-__1 . mr r 匚S'啊￡MM整流電路的原理和結(jié)構(gòu)整流電路(rectifyingcircuit)把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路。大多數(shù)整流電路由變壓器、整流主電路和濾波器等組成。它在直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速、發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)、電解、電鍍等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。整流電路通常由主電路、濾波器和變壓器組成。20世紀(jì)70年代以后，主電路多用硅整流二極管和晶閘管組成。濾波器接在主電路與負(fù)載之間，用于濾除脈動(dòng)直流電壓中的交流成分。變壓器設(shè)置與否視具體情況而定。變壓器的作用是實(shí)現(xiàn)交流輸入電壓與直流輸出電壓間的匹配以及交流電網(wǎng)與整流電路之間的電隔離。利用晶體二極管形成的整流電路，主要包括半波整流電路，全波整流電路，橋式整流電路。下面主要接收一下適合壓電管理芯片的橋式整流電路。橋式整流電路的工作原理如下：e2為正半周時(shí)，對(duì)D1、D3加正向電壓，Dl、D3導(dǎo)通；對(duì)D2、D4加反向電壓，D2、D4截止。電路中構(gòu)成e2、D1、Rfz、D3通電回路，在Rfz上形成上正下負(fù)的半波整流電壓，e2為負(fù)半周時(shí)，對(duì)D2、D4加正向電壓，D2、D4導(dǎo)通；對(duì)D1、D3加反向電壓，D1、D3截止。電路中構(gòu)成e2、D2、Rfz、D4通電回路，同樣在Rfz上形成上正下負(fù)的另外半波的整流電壓。如此重復(fù)下去，結(jié)果在Rfz上便得到全波整流電壓。其波形圖和全波整流波形圖是一樣的。從圖中還不難看出，橋式電路中每只二極管承受的反向電壓等于變壓器次級(jí)電壓的最大值，比全波整流電路小一半。下圖主要是一種橋式整流電路的演示電路下面我們以凌力爾特推出的新型LTC3588-1壓電式能量收集電源來(lái)展示下壓電能量管理芯片及其整流電路的工作原理?！?1—高級(jí)參數(shù)PFOW147V46壬一一7V46壬一一出壓揮輸電詵圖中示出的電路米用了一個(gè)小型壓電換能器，用于將機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為一個(gè)AC電壓電源，以饋入LTC3588-1的內(nèi)部橋式整流器。它能夠收集小的振動(dòng)能源并生成系統(tǒng)電源，而沒(méi)有使用傳統(tǒng)的電池電源。LTC3588-1是一款超低靜態(tài)電流電源，專為能量收集和/或低電流降壓應(yīng)用而設(shè)計(jì)。該器件可直接連接至一個(gè)壓電電源或AC電源，對(duì)電壓波形進(jìn)行校正并將收集的能量存儲(chǔ)在一個(gè)外部電容器上，通過(guò)一個(gè)內(nèi)部并聯(lián)穩(wěn)壓器泄放任何多余的功率并借助一個(gè)毫微功率高效降壓型穩(wěn)壓器來(lái)保持一個(gè)已調(diào)輸出電壓。LTC3588-1的內(nèi)部全波橋式整流器可通過(guò)兩個(gè)差分輸入來(lái)使用，即負(fù)責(zé)對(duì)AC輸入進(jìn)行整流的PZ1和PZ2。該整流輸出隨后被存儲(chǔ)在位于VIN引腳上的一個(gè)電容器上，并可用作降壓型轉(zhuǎn)換器的能量?jī)?chǔ)存器。低損耗橋式整流器具有一個(gè)約400mV的總壓降和典型壓電生成電流（一般在10mA左右）。該電橋能夠傳輸高達(dá)50mA的電流。當(dāng)VIN引腳上擁有足夠的電壓時(shí)，降壓型轉(zhuǎn)換器將被使能以產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)壓輸出。降壓型穩(wěn)壓器采用了一種遲滯電壓算法，以通過(guò)來(lái)自VOUT檢測(cè)引腳的內(nèi)部反饋對(duì)輸出加以控制。降壓型轉(zhuǎn)換器通過(guò)一個(gè)電感器將一個(gè)輸出電容器充電至一個(gè)略高于調(diào)節(jié)點(diǎn)的數(shù)值。它通過(guò)利用一個(gè)內(nèi)部PMOS開(kāi)關(guān)使電感器電流斜坡上升至260mA、并隨后利用一個(gè)內(nèi)部NMOS開(kāi)關(guān)使電感器電流斜坡下降至零以完成該任務(wù)，從而有效地將能量輸送至輸出電容器。

其提供穩(wěn)壓輸出的遲滯方法降低了因FET開(kāi)關(guān)操作所引起的損耗，并在輕負(fù)載條件下保持了一個(gè)輸出。降壓型轉(zhuǎn)換器在其執(zhí)行開(kāi)關(guān)操作時(shí)提供了一個(gè)最小100mA的平均負(fù)載電流。欠壓鎖定電路的原理及結(jié)構(gòu)在DC-DC電源管理芯片中，電壓的穩(wěn)定尤為重要，因此需要在芯片內(nèi)部集成欠壓鎖定電路來(lái)提高電源的可靠性和安全性。對(duì)于其它的集成電路，為提高電路的可靠性和穩(wěn)定性，欠壓鎖定電路同樣十分重要。下面主要以一種適合壓電能量管理芯片及其整流電路的欠壓鎖定電路?；驹韴D如圖1所示。電路包括電壓采樣電路、比較器、輸出緩沖器和反饋回路°VCC為待檢測(cè)的電源電壓，電阻R2、R3、R4組成VCC的分壓采樣電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)VCC的采樣；NMOS開(kāi)關(guān)管MN1和電阻R1構(gòu)成比較器，對(duì)采樣電壓和MN1的VTH進(jìn)行比較，并輸出比較結(jié)果；反向器INV1和INV2組成緩沖器電路，可對(duì)比較器的輸出波形進(jìn)行整形和緩沖，提高電路的負(fù)載能力；PMOS開(kāi)關(guān)管MP1構(gòu)成正反饋回路，可以實(shí)現(xiàn)電路的遲滯功能，防止電路在VCC的閾值附近振蕩，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。調(diào)整R2、R3、R4的大小可實(shí)現(xiàn)不同閾值和遲滯量的VCC欠壓保護(hù)。欠壓鎖定電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作電壓范圍寬，適應(yīng)性強(qiáng)，且無(wú)需額外的基準(zhǔn)電壓，因此有著廣泛的應(yīng)用。電路正常工作時(shí)，MN1導(dǎo)通，流過(guò)R1的電流I1作為比較器的灌電流，全部流經(jīng)MN1到地。為使電路性能可靠，有較好的響應(yīng)速度，電流【1通常需印A~10pA。l-：2圖］黃壓熬定電l-：2圖］黃壓熬定電路的基本原理圖IEoOCT為使電路性能可靠，有較好的響應(yīng)速度，電流I1通常需印A~10pA。靜態(tài)時(shí)該電流為無(wú)效用電流，增加了系統(tǒng)的功耗，浪費(fèi)了電源的能量，對(duì)系統(tǒng)的效率、散熱及穩(wěn)定性產(chǎn)生了不好的影響，并且其響應(yīng)速度也不夠快。如果用增大R1的阻值減小電流I1的大小，雖然可以降低功耗，但減慢了電路的響應(yīng)速度，并嚴(yán)重影響了電路的穩(wěn)定性，因此需要對(duì)該電路作進(jìn)一步的改進(jìn)。改進(jìn)的電路如圖2所示，電路結(jié)構(gòu)由采樣、先導(dǎo)控制、比較器、遲滯反饋回路、加速響應(yīng)電路、緩沖器六部分構(gòu)成。電阻＜1、R2、R3、R4構(gòu)成分壓電阻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)VCC的采樣；MN1、R5、INV1組成先導(dǎo)控制電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)比較器灌電流的控制；MN2、R6、MP2組成比較器，實(shí)現(xiàn)采樣電壓與MN2的VTH比較；MP1構(gòu)成正反饋回路，可實(shí)現(xiàn)VCC的遲滯功能；INV2、