№1 / 2019 / статья 5

Выгоды применения MAX40200 в портативной электронике с автоматическим выбором источника питания

Большинство мобильных, фитнесс- и портативных электронных устройств использует в качестве источника питания литий-ионные аккумуляторы. Когда снижение мощности потерь является основным приоритетом, и даже величина прямого падения напряжения на стандартном диоде Шоттки отрицательно влияет на КПД системы, «идеальный диод» MAX40200 является отличным выбором.

При питании устройства от нескольких источников зачастую используют схему переключения с помощью диодов (в англоязычной литературе широко используется термин “ORing” – примечание переводчика). ORing-схема может автоматически выбирать, источник питания: внешний сетевой адаптер, встроенный в устройство аккумулятор (например в мобильном телефоне, в перезаряжаемом устройстве) или один из нескольких батарейных источников внутри устройства.

На рисунке 1 нагрузка потребляет энергию от источника VPWR1 или VPWR2 в зависимости от того, напряжение какого из источников выше. В микро- и наномощных устройствах и приложениях планирование энергопотребления имеет первостепенное значение. Типовое значение прямого падения напряжения на стандартном диоде Шоттки состовляет 300 мВ при малых токах и возрастает при увеличении прямого тока. Если прямое падение ограничить, например, до значения 30 мВ, то разработчик системы получит дополнительный запас энергии для более продолжительной работы устройства. Данное обстоятельство позволяет продлить время работы устройства от батареи или выбрать батарею меньшего размера по меньшей цене. Замена стандартных диодов Шоттки на «идеальный диод» MAX40200 – это простой путь получения преимущества ультрамалого падения напряжения на диоде.

Рис. 1. ОRing-схема на диодах

Рис. 1. ОRing-схема на диодах

Поставляемая в четырехвыводном миниатюрном корпусе WLP микросхема MAX40200 демонстрирует регулируемое падение напряжения, составляющее приблизительно 20 мВ при прямом токе до 100 мА. При токе выше 100 мА падение возрастает примерно до 90 мВ и сохраняет это значение вплоть до максимального значения прямого тока 1 А.

Давайте рассмотрим особенности использования микросхемы MAX40200 в ORing-схеме.

На рисунке 2а приведена зависимость собственного потребления MAX40200 от прямого тока, на рисунке 2б – зависимость прямого падения напряжения на MAX40200 от прямого тока.

Рис. 2. Зависимость от прямого тока: а) собственного потребления MAX40200; б) прямого падения напряжения на MAX40200

Рис. 2. Зависимость от прямого тока: а) собственного потребления MAX40200; б) прямого падения напряжения на MAX40200

Статическая характеристика

На рисунке 3 на микросхему U1 подается напряжение от встроенного аккумулятора, а на U2 – напряжение внешнего источника напряжения. Напряжение батарейки равно 3,6 В, а напряжение внешнего источника напряжения сначала нарастает от 2 до 5 В, а затем снижается до 3 В. Изменение напряжения внешнего источника происходит со скоростью 15 мВ/мин для симуляции медленного процесса заряда или разряда аккумулятора.

Рис. 3. Схема стенда для снятия статической характеристики

Рис. 3. Схема стенда для снятия статической характеристики

Рисунки 4б и 4в являются увеличенными фрагментами рисунка 4а. На них более подробно изображены моменты переключения источников U1 и U2. Можно заметить, что U1 медленно выключается и прямой ток IU1 линейно уменьшается, в то время как U2 включается медленно, увеличивая свой прямой ток. В точке перехода прямой ток изменяется экспоненциально, что говорит о значительном увеличении сопротивления U1, в то время как сопротивление U2 уменьшается.

Рис. 4. Вольт-амперная характеристика переключения между источниками U1 и U2

Рис. 4. Вольт-амперная характеристика переключения между источниками U1 и U2

Ток нагрузки в этом эксперименте постоянен и составляет 200 мА.

Характеристику переключения диода в ORing-приложении можно исследовать с помощью схемы на рисунке 5, где U2 питается от внешнего сетевого адаптера, а U1 – от батарейки. На осциллограмме, приведенной на рисунке 6, отражен момент подключения блока питания к сети.

Рис. 5 Поведение MAX40200 при использовании сетевого адаптера

Рис. 5 Поведение MAX40200 при использовании сетевого адаптера

Рис. 6. Переходная характеристика схемы, приведенной на рисунке 5

Рис. 6. Переходная характеристика схемы, приведенной на рисунке 5

Дополнительные переходные характеристики

Включение/Выключение

На рисунке 7 приведена принципиальная схема включения/выключения источника питания: на рисунке 7а – при использовании двух микросхем MAX40200, а на рисунке 7б – при использовании одного диода Шоттки и одной микросхемы MAX40200. На рисунке 8 представлены переходные характеристики схем, приведенных на рисунке 7.

Рис. 7. Процесс включения/выключения источника питания при использовании: а) двух микросхем MAX40200; б) одного диода Шоттки и одной микросхемы MAX40200

Рис. 7. Процесс включения/выключения источника питания при использовании: а) двух микросхем MAX40200; б) одного диода Шоттки и одной микросхемы MAX40200

Рис. 8. Переходные характеристики схем, приведенных на рисунке 7

Рис. 8. Переходные характеристики схем, приведенных на рисунке 7

Переключение питания

На рисунке 9а приведена схема переключения питания с использованием двух устройств MAX40200, а на рисунке 9б – с одним устройством MAX40200 и одним стандартным диодом Шоттки. На рисунке 10 представлены переходные характеристики схем, приведенных на рисунке 9.

Рис. 9. Схема переключения питания с использованием: а) двух устройств MAX40200; б) одного устройства MAX40200 и одного стандартного диода Шоттки

Рис. 9. Схема переключения питания с использованием: а) двух устройств MAX40200; б) одного устройства MAX40200 и одного стандартного диода Шоттки

Рис. 10. Переходные характеристики схем, приведенных на рисунке 9

Рис. 10. Переходные характеристики схем, приведенных на рисунке 9

Ступенчатое изменение нагрузки

На рисунке 11 приведена схема переходного процесса при изменении нагрузки MAX40200ANS+ c 20 мА на 800 мА. При увеличении нагрузки падение напряжения возрастает с 20 мВ до 50 мВ (VLOAD – VDC). Зависимость прямого падения напряжения от тока нагрузки приведена на рисунке 2б. На рисунке 12 представлена переходная характеристика схемы, приведенной на рисунке 11.

Рис. 11. Ступенчатое изменение нагрузки с 20 мА до 800 мА

Рис. 11. Ступенчатое изменение нагрузки с 20 мА до 800 мА

Рис. 12. Переходная характеристика схемы, приведенной на рисунке 11

Рис. 12. Переходная характеристика схемы, приведенной на рисунке 11

Заключение

MAX40200 демонстрирует лучшие чем у любого диода Шоттки значения прямого падения напряжения, а также обладает меньшим током обратного восстановления при использовании в ORing-приложениях. Динамические характеристики данного устройства более чем достаточны для большинства применений.

Оригинал статьи

Наши информационные каналы

Рубрики:

О компании Maxim Integrated

Компания Maxim Integrated является одним из ведущих разработчиков и производителей широкого спектра аналоговых и цифро-аналоговых интегральных систем. Компания была основана в 1983 году в США, в городе Саннивэйл (Sunnyvale), штат Калифорния, инженером Джеком Гиффордом (Jack Gifford) совместно с группой экспертов по созданию микроэлектронных компонентов. На данный момент штаб-квартира компании располагается в г. Сан-Хосе (San Jose) (США, Калифорния), производственные мощности (7 заводов) и ...читать далее