电信、工业和航空电子应用中的电源电压可能由于许多原因而变化，例如线路和负载瞬变；停电；或低电量。电压检测器和监控器/复位集成电路（IC）提供了与这些问题相关的电源电压偏差的预指示，以帮助保护系统。

尽管电压检测器和监控器/复位IC具有相同的功能，但它们用于不同类型的系统中。电压检测器监测电压（如电池电压），并向用户指示电压低。电压检测器通常不具有延迟，但是它们具有内置的滞后，以防止电压悬浮在阈值电压附近时产生的假触发现象。

若电源电压低，则监控器/复位IC监视电源电压，并复位或关闭另一个设备，如微处理器。这些设备通常具有可编程输出延迟，以防止系统在电源电压稳定之前从复位状态恢复。

电压检测器和监控器/复位IC具有不同的特征和参数，使得很难为给定应用选择合适的集成线路。选择电压监控器的关键是了解您需要的功能，然后根据所需的尺寸、封装类型和价格进行选择。此系列具有两部分。在第一部分中，我将讨论最简单的电压检测器和一些不同的输出选项…

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电压稳压器，特别是集成MOSFET的直流/直流转换器，已从由输入电压、输出电压和电流限定的简易、低功耗电压调节器，发展到现在能够提供更高功率、监控操作环境且能相应地适应所处环境。

以前，需要高于10-15A电流的应用通常依赖于具有外部MOSFET的控制器，以提供所需功率完成工作。转换器尽管可让设计的布局更简单，使用物料清单（BOM）中的组件更少，同时还能提供具有高可靠性的高密度解决方案，但可提供的功率相对有限。

诸如网络路由器、交换机、企业服务器和嵌入式工业系统等应用的耗电量越来越高，需要30A、40A、60A或更高电流以用于它们的负载点（POL）设计。当适应控制器和外部MOSFET时，这些应用极大地限制了主板空间。

MOSFET和封装技术的进步使得TI能够成功应对这些挑战…

您最近是否将电视升级为具有更大屏幕和超高清分辨率的电视？您是否安装了六通道同步数字视频录制的新机顶盒？您的调制解调器是否支持200Mbps Wi-Fi速度？您可以用您的智能手机控制家里的空调或汽车点火吗？

技术确实发展得非常快，在幕后不断的创新实现更好的性能，新颖的功能和更时尚的设计是下一代消费设备开发的基础。

例如，我对新一代数字电视以及主要品牌如何继续发布具有更高图像分辨率、更时尚设计和更大屏幕尺寸的型号感到惊讶。他们现在正在谈论到2020年实现8K HD。除此之外，领先的制造商在过去10年中大幅下调定价，尽管与之前的型号相比功能和性能有所提高。

对于消费电子产品的直流/直流电源解决方案也是如此。有技术和创新的需求。像TPS562201、TPS563201和TPS564201等直流/直流解决方案更小，更简单，但却有更高的效率降低功耗，满足市场需求。

更好的效率

由于称为引线框上倒装芯片（FCOL）的封装技术的最新进展…

bq77905 3S至5S高级可堆叠低功耗电池保护评估模块

涉及到任何类型的保护时，解决方案都应该很简单。保护应该是设计和设置好后而不必再担心的东西；至少应是如此。但是，当涉及到更多和更好的电池保护，设计人员可能会担心这可能会增加成本。

由于电池保护电路通常位于电池组内部并且看不到，通常不被认为是一个酷或新潮的新应用特征，设计工程师可能不会对其进行太多的思考。但是，从我们从最近的事件中了解到，如果不能做出合适的电池保护，可能会导致严重的问题。

通常，任何保护设备都希望设置简单：保护您的系统的IC，但是在高电流消耗方面没有巨大的“价格标签”。这是TI用于3至5系列等电池的bq77905系列电池保护器，通过最低功耗提供您系统需要的保护。

在电池应用中，总需要有一个主保护器作为第一道防线，任何之后的保护后将具有二次保护的作用。二级保护，简单地说，可以是最后的电池保护类型，这通常是简单的过电压保护…

在电源系统设计文章“电池管理系统的主动和被动平衡”中，Stefano Zanella描述了多电池系统是如何失去平衡的。在这篇文章中，我想探讨若电池不平衡且稍微扩大对电池容量不匹配的影响时，电池将如何变得不可用。我将专注于汽车锂离子（Li-ion）电池，但一般来说这些原则适用于所有电池。

多单元电池通常构建为串联或并联电池阵列。串联电池过多将导致较高的电池组电压，而并联电池过多将导致较高的总电池容量（表示为安培小时额定值或Ahrs）。然后电池容量将指示并行电池数量，将等于并联电池数量的电池容量乘以系统运行所需的电池容量。根据电池类型，汽车倾向于使用96个串联锂离子电池和24个并联电池。例如，行驶100英里范围的电动车辆将需要20-30kWh的电池，这取决于车辆的重量、预期使用模式和车辆中的各种系统效率。系统的几个方面将决定电池组电压，包括电动机的总体尺寸和类型、电缆尺寸和隔离要求。

多单元电池通过向堆叠顶部的电池的正极端子提供电流来充电…

每当系统包含负反馈环路时，环路增益T成为衡量和优化稳定性、输出调节和瞬态响应性能的一个重要性能参数。电压注入是广泛采用的测量T的方法。图1所示为典型的电压注入T测量设置。反馈路径在V_OUT和R_up之间切断。插入干扰电压。所有信号都指向接地。

图1：典型的T测量设置

等式1测量T为：

                          (1)                 

信号接收器A和B具有两条引线，它们分别为信号A和B提供参考点。图2所示为引线。

图2：接收器A和B的探头及其参考引线

多数情况下，这些引线接地，因此，它们被称为GND引线。但是情况总是如此吗？为了回答这个问题，我将演示使用LM4041-N（一个精密并联电压基准）的示例。图3所示为LM4041-N的典型应用电路。

图3：LM4041-N典型应用电路

LM4041-N将V_O到FB引脚上的电压保持在1.24V，如图4所示。电阻分压器设置输出直流电压…

需要瞬时备用电源的应用的增多促使对超级电容器的需求增加。超级电容器（supercapacitor，也称为ultracapacitor），是具有比常规电容器存储更多能量的能力的电化学电容器。超级电容器可以比电池更快的充电和提供能量。图1比较了常规电容器、超级电容器、常规电池和燃料电池的功率和能量密度。

图1：不同能量存储设备的能量与功率密度

超级电容器的显着优点是其在老化之前可以循环数千次，而电池则只能循环数百次。此外，与图2所示的电池相比，超级电容器具有深度放电的能力。然而，由于电解质的分解电压，大多数超级电容器的最大额定值为2.7V-3V。图2比较了超级电容器和电池的充电/放电曲线。

图 2：超级电容器和电池的充电/放电循环

超级电容器的最新发展已经引入可充电至较高电压（高达4V）的锂离子混合电容器，该电容器自放电较少，因此具有较高的能量密度。这些超级电容器的缺点是不能放电到低于约2.2V，否则将被损坏…

移动电源用于智能手机或平板电脑等便携式电子产品的流行个人装置，其时尚而薄的外形意味着有限的电池容量。移动电源是便携式二次电池，用于在无法使用交流电源时存储能量。

图1是有两个USB端口的移动电源操作板。一个端口是迷你USB，将电源线连接到USB充电适配器以在移动电源中存储能量。另一个USB端口是用于在路上为智能手机或平板电脑充电的标准A型USB端口。

图1：移动电源操作板

根据外形因素和预算，移动电源可以使用不同的电池。图2a为用于智能手机电池容量为几千毫安时（mAh）的移动电源，使用锂聚合物电池来实现薄外形。另一种具有数万mAh电池容量的电池，通常使用18650电池（直径为18mm，高度为65mm的圆柱形电池），以合理的成本实现高充电容量。图2b是在壳体内并联多个18650圆柱形电池组的此类移动电源的示例。

（a）

（b）

图 2.不同外形尺寸的移动电源

移动电源的外形决定了移动电源的尺寸和容量…

TIMOTHY HEGARTY

非隔离式电源解决方案

Texas Instruments

汽车电子子系统的增加产生了对能够在挑战性条件下工作的小型、廉价和高可靠性电子设备的需求。由于汽车电源轨上的噪声，出现了许多这种具有挑战性的情况。根据充电状态、温度和交流发电机的状况，汽车电池电压的稳态范围为9至16 V。然而，电源轨也受到一系列动态干扰，包括启动停止、冷启动和负载突降瞬态曲线。

汽车电源线连续和瞬态传导干扰测试的测试级别

所有这些类型的事件产生了对电子设备可能存在问题的电气条件。为了测试漏洞，每个汽车制造商都有自己丰富的传导抗扰（CI）测试套件，并且有ISO 7637和ISO 16750等国际标准给出的标准脉冲波形…

USB Type-C™已经开始使用，它代表了截至目前大多数消费者会注意到的USB最重大的变化。在新的可翻转连接器的顶部，最大功率已增加到15W。更高的功率会难以设计满足所需效率和待机功率标准同时保持客户期望小尺寸的电源适配器。但这并不是不可能，因为如今年早些时候TI发布的UCC28704等新型反激式控制器进一步提高了性能，包括许多用于USB Type-C充电器的高级功能。

CCUV

所有短路保护不尽相同。虽然大多数控制器可防止输出电流远远超出设置限制的硬短路，但不能防止软短路故障。当灰尘或其他异物进入小USB连接器并短接电源线时，会发生连接器旁路电流充电路径，即所谓的软短路，导致转换器以故障路径过载电流工作，导致过热，然后在软短路中损坏USB连接器。恒流输出欠压（CCUV）关断提供软短路故障检测和保护，以防止损坏USB连接器。CCUV操作和特性如图1和图2所示。

图1：软短路保护

图2：输出V…

正如在此电压基准系列中之前文章中所讨论的，使用运算放大器反馈和电压基准可以简单直接产生任意大小的直流电流。为此，我们已经介绍了几种外部运算放大器架构，用于实现单独或网络拉电流和灌电流。在本系列的最后一篇文章中，我们将讨论利用电压基准内部反馈的架构。让我们从考虑电压基准的符号及其实际功能框图开始，如下图1所示。

图1：电压基准及其功能框图

我们借用了齐纳二极管的符号，因为这基本上是电压基准的行为；然而，这种行为是通过巧妙的设计而不是简单的设备物理单独实现。考虑在以前文章中使用的自身基准（负极基准绑定）配置，如下面的图2所示。

图2：电压基准典型操作

那么，我们如何评价这一设置？首先，我们可以大大简化和定义图2中所有电流的情况，如公式1所示。

也就是说，I_BIAS是双极结型晶体管（BJT）的运算放大器静态电流I_Q和发射极电流i_E

作为电源电子工程师，有一个说法是没有成功不基于电源设备爆炸的教训。这在我多年调试基于硅的MOSFET的开关模式电源的经验中似乎是真的。正是通过尝试、错误和研究设备故障，才学会了如何设计可靠工作的转换器。

在氮化镓（GaN）功率FET的早期阶段，故障很常见。更严格的栅极环路设计要求，更高的dv/dt和共源电感的影响使得电路对寄生和噪声更敏感。当TI推出第一个600V GaN功率级样品时，我惊叹于该产品的可靠性和其自我保护功能的有效性。即使功率级已经通过严格的测试验证，我以前的硅器件经验让我对其在实际使用中的可靠性也感到好奇。更重要的是，这些功能会改变电路原型和调试的传统智慧吗？

在最近的交错式转换器设计中，我使用了两个具有一些基本直流总线设计的TI半桥LMG3410-HB-EVM评估模块（EVM），由UCD3138数字脉宽调制（PWM）控制器控制。当两个交错的半桥结合在一起时，我看到PWM信号反复受到高dv/dt（100V /ns…

通常而言，汽车的前灯一般是采用开关模式调节器的发光二极管（LED）前灯单元。这类LED车前灯是静态的，要么处于接通状态，要么则是断开。当遇到恶劣天气时，驾驶员可能会开启雾灯，或是在夜间驾驶时使用近光灯，在爬坡时使用远光灯。然而，您是否遇到下图中（如图1所示）的情况呢？当汽车开启远光灯时会发出刺眼的光线，而这种眩光会影响视线，所以相当危险。

图1：传统的汽车前灯技术

如果有一种智能系统能够探测到对面车道驶来的车辆并及时关闭部分远光灯（如图2所示），或者能够根据对面车道上车辆的位置改变灯光照射的角度，是不是从某种意义上提高了道路安全呢？近年来，世界各地的汽车制造商持续在这个领域进行投资研发，而某些高档汽车现在已经采用了此类技术。下面，我们来看看这类车前灯里到底都有些什么。

图2：自适应前灯照明

高级驾驶辅助系统 (ADAS) 包含用于探测汽车周围图像并向汽车中央控制系统提供实时信息的摄像头。车前灯由小像素构成…

测量低电压（＜1V）/高电流（30-150A）电源的示波器输出纹波和动态响应一直是一项挑战，每种新设置都有自己的误差。使用示波器“tip-and-barrel”方法或专用匹配阻抗的电压检测电缆解决了探头引线接地引起的误差。但是，即使使用最好的探测方法，也可能得到失真的输出测量，尤其是在应用或去除动态负载时。我注意到两个误差来源：

• 由通过电压探头接地侧到示波器接地的电流引起的接地环路和示波器的交流插头接地连接。
• 当同时在同一示波器上测量多个信号时，示波器可能在多个点接地测试设置，从而在所有通道中产生误差。当在同一台示波器上同时显示输出电压和输出电流时尤其如此。

让我们更深入地观察第一个误差源。如果示波器接地到与电源或输出负载相同的建筑物接地线路，那么负载变化可以驱动示波器探头接地外壳中的电流。该电流乘以外壳的阻抗将显示为示波器本身的电压，可能淹没尝试测量的实际纹波。这种接地外壳电流的其他来源包括具有噪声的实验室电源本身…

在第一部分中，我谈到了一个降压或降压DC / DC转换器的最大输出电流。在本文中，我将讲述升压或升压转换器。计算升压稳压器的最大输出电流虽然涉及更多内容，但仍易于理解。

了解升压转换器的第一件事是，平均电感电流并不等于输出电流，后者处于降压转换器中。升压调节器仍将控制电感电流，但是代表转换器的输入电流，而非输出电流。由此，升压转换器通常指定具有最大MOSFET电流，而非最大的输出电流。

作为一个示例，LMR62421被称为“2.1A升压电压调节器”。这是指MOSFET开关电流，而非输出电流。您可以使用公式1估计升压转换器的最大输出电流：

  首先，你需要通过查看数据表中的效率曲线，并找到一个接近您的应用所需的条件来估计转换器的效率，η。让我们以LMR62421数据表为例，当从5V转换时至12V时，使用数据表中信息找到最大输出电流（图1）。

图1：LMR62421数据表摘录

  DC / DC转换器的电流限制规格有时会让不熟悉此类型调压器的设计师感到困惑。此系列博文包括两部分，我希望此内容能帮您消除一些困惑。

  首先，DC / DC转换器数据表中的电流限制规格与低压差稳压器（LDO）的规格并非代指同一内容。对于一个LDO，电流限制值是当调压器处于过载或短路条件时，该装置提供给输出的最大电流。对于降压转换器，数据表将在电感电流的峰值或谷指定限制。然而，正是平均电感电流代表降压转换器的输出电流。方程1和2将电感电流限制转化为最大输出电流：

  作为一个示例，让我们将LMR16030从24V输入转换为5V输出。如图1所示，数据表中给定的最小峰值电流限制为3.8A。

图1：LMR16030电流限制规格

使用公式1，将数据表选择的电感器作为示例，您可得到：

注意，这是一个“3A”调压器，但在这些条件下，您可得到多于3A的负载电流。

  取LM…

  智能电表是下一代电表，它们将取代仍在使用几十年前开发技术的现有电表。智能电表使用安全连接网络，将能源使用情况通过无线自动发送到公用事业公司。这意味着客户将不会再收到估计的电表账单，或让抄表员进入家中读表。

  与传统IR（红外线）和IrDA（红外线数据关联）界面相比，智能电表采用了更先进的通信界面；它们需要更多内存和更强大的微控制器。由于这些功能会导致能耗增加，因此必须使用开关型电源（SMPS），而不是电容液滴电源。单相电表的使用范围为交流100V至500V。三相电表为最低单相交流100V到各相300V。由于必须符合能效标准，特别是符合较低功耗要求，因此为SMPS设计人员带来了更多挑战，因为你不能因为电表使用的能源向客户收费。另一方面，智能电表使用的能源也不应该对公用事业带来无法接受的电力要求。

  由于受到全球范围内对电表进行篡改的影响，公用事业公司一直面临着相应的收入损失。自推出第一款电子电表以来，就有一些不道德的人试图通过改动电表进行偷电…

  功率系数校正（PFC）强制输入电流跟随输入电压（V_IN），使所有电气负载像电阻一样。这一过程需要检测输入电压，根据检测调整电流基准。电流环会按该电流基准调整输入电流。这称作平均电流模式控制，如图1所示。

图 1：PFC平均电流模式控制

  市场上有许多低总谐波失真（THD）商业PFC控制器使用这种平均电流控制算法。然而，这些PFC控制器需要一个专用引脚来检测V_IN，需要精密模拟乘法器用于调整电流基准。

  另一个PFC控制算法近来十分流行，该方法不需要检测V_IN，但是仍然可以提供平均电流模式控制。TI的UCC28180就属于这一类产品。因为不使用V_IN检测引脚和精密模拟乘法器，UCC28180的封装更小，从而降低了系统成本，而且使用非常简便。

  但是，当我们把UCC28180介绍给设计者时，很多时候得到的第一反应是：“什么？不检测V_IN？那是如何工作的？”本文将尝试回答这一问题…

  首先，考虑您的应用是否需要一个并联电压基准或一个串联电压基准。您不必立即选定一个拓扑结构，但它有助于了解每一应用的最佳用例。若您不熟悉并联电压基准和串联电压基准之间的差异，就此话题我写了一篇博文“了解参考电压：并联VS串联。哪种拓扑结构更适合您？”及白皮书“并联与串联：如何选择一个电压基准拓扑结构”，因此您可查阅了解。

  第二，定义应用程序的系统边界。寻找一个电压基准时，了解物理环境、环境温度的变化及任何系统校准是否会发生都是重要的考虑因素…

作为千禧一代，大家关注的总是最新的手机和小玩意儿，更不要说玩最新的游戏了（有人玩Pokémon Go吧？）。但是更新总是意味着更好吗？就个人而言，我宁愿骑自行车也不愿意用那些悬浮滑板。记得它们吗？悬浮滑板是2015年假期购物季最热门的东西，稍后人们意识到悬浮滑板存在轻微的自燃问题。

生活中一些时候使用高品质、可靠的产品或品牌比新奇和时尚更重要。浮现在脑海中的有几件事情：我的车，我的家具和我祖母的桃子馅饼食谱。相信我。桃子馅饼食谱已经无可挑剔了。

即使是半导体行业也不能幸免于趋势和市场宣传。例如，在DC/DC稳压器封装方面，重点是实现更小的封装。但是，只专注于实现更小封装的半导体开发商似乎已经忘记了一个非常重要的事实：尽管尺寸更大，世界各地仍有数以万计的客户喜欢带引脚或引线的传统封装。

不要误解我：TI也在投资前沿的封装技术。但是，我们没有忘记喜欢引脚/引线封装的客户，继续发布采用小外形集成电路封装（SOIC）…

LM5017系列产品等降压转换器或稳压器集成电路（IC）可以从正V_IN产生负V_OUT在DC/DC转换器领域是常识。乍一看，使用降压稳压器IC的反向降压-升压转换器的电路图与降压转换器十分相似（图1a和1c）。但是两个电路也存在重大差异，无论是在电压和电流高低，切换电流流动还是在布局上。

在此前的博文中，我讨论了V_IN范围、V_OUT范围和可用输出电流I_OUT最大值的区别。布局的差异源自反向降压-升压转换器和降压变换器的切换电流流动路径的差异——虽然至关重要——不容易理解。

图1显示了降压转换器和反向降压-升压转换器开关并流的差异。在降压转换器（图1a和1b）中，输入回路——包括输入电容C_IN、高侧开关QH和同步整流器QL，传导高di / dt的切换电流。输出回路，包括同步整流器QL、电感器L1和输出电容Cout，具有相对连续的电流。因此，虽然优化输入电流回路区域至关重要…

作者：Nagarajan Sridhar

我的童年是在印度的一个沿海城市度过的，回首往事，我仍然记得严重潮湿和尚可忍受的90°F热浪相互夹杂的情形——典型的赤道气候。重回故里，我发现当地的温度变得更高，经常会超过100°F。我还发现随处可见的分体式空调；这在我的童年是非常罕见的。分体式空调由内机和外机组成。外机安装在房屋的外墙上，机身里面是冷凝旋管和压缩机。最后，我还发现空调主要供应商们的很多标志和广告。

空调机组的耗电量很大，因此随着其普及度日渐提高，必须降低能耗。而降低能耗的唯一方式是采用节能空调和隔热良好的房间。在选择合适的空调时，功率和季节能效比（SEER）等级是考虑的关键。季节能效比等级越高，意味着能效越高。幸运的是，大多数空调品牌的能效等级都很高。

节能空调的压缩机和冷凝器风扇使用变频驱动器（VFD）。另一种方法是在空调电源中采用有源功率因数校正（PFC）。两种趋势都是在系统中采用了开关式能量转换…

在上一篇博客《为工业应用选择正确的电池充电器》中，我们讨论了独立与主机控制的充电器和外部与集成开关FET。现在让我们来看看不同的充电拓扑结构。

首先，我们必须更好地理解电池充电器功能：动态电源管理（DPM）和动态电源路径管理（DPPM）。这两个功能与充电拓扑结构密切相关，同样重要。不同的拓扑结构决定了DPM和DPPM性能以及与所选不同元件相关的总成本。对于低功率应用，NVDC充电器以其较低的成本和DPM/DPPM功能引起了人们的关注。对于更高功率的应用，则选择传统的充电拓扑结构以降低功耗。

具有更高输出额定值的适配器通常更贵。为了降低成本，您可能想使用额定值较低的适配器，但这样做需要带有基于电流的DPM功能的充电器，以防止适配器过载。此保护是为了防止总系统负载和电池负载超过适配器可以提供的总功率。例如，bq24133等具有基于电流的DPM的充电器可以处理宽输入电源而不会发生过载（图1）。

企业服务器、交换机、基站和存储硬件设计师都在寻求在其主板上提高功率密度和效率。随着主板上元件数量的增加和外形尺寸的减小，电源密度成为进一步减小面积的限制因素。电源越小，主板尺寸就越小，减小主板尺寸就可以将更多的主板装入给定的机架中，最大限度地提高数据中心吞吐量和性能。

在图1所示的典型电信电源系统中，48V_DC输入电压必须进一步降低到中间母线电压（在此例中为3.3V），然后用一个或多个降压直流（DC/DC）转换器降压成处理器、ASIC和FPGA内核轨电压、I/O轨、DDR存储器、PHY芯片和其他低压元件所需的各种稳定低输出电压。

图1：交流（AC）至48V至负载点（POL）电信电源系统

TI的氮化镓(GaN)直流/直流解决方案去除了中间母线直流/直流转换级，设计师可以在单级中将48V电压降至更低的输出电压。

去除中间母线直流/直流转换器使得功率密度和系统成本显着增加…

记得今年早些时候的一篇博客文章将功率因数校正（PFC）比作啤酒吗？这个比喻太精彩了！在这一类比中，杯中啤酒代表电子装置实际上需要的“有功功率”，顶部的泡沫代表“无功功率”，整杯啤酒加上泡沫代表“表观功率”。今天，我打算提出一个相关的比喻来解释栅极驱动器在PFC设计中的作用。

首先，让我们来简单介绍一下PFC电路的分类。PFC电路整体上分为无源（被动式）或有源（主动式）电路。创建无源PFC电路，需要使用电容器和电感器等无源元件增加电流导通角并平滑脉冲，减少电流的谐波失真。这种方法简单可靠，但是，当功率较高时，无源元件的尺寸和成本会成为较大的问题。无源PFC设计获得的功率因数（PF）只能达到0.9，而且会受到频率、负载变化和输入电压的影响。

有源PFC使用DC/DC电路，电路中有MOSFET、绝缘栅双极晶体管（IGBT）或其他有源元件，以强制电流保持电压的波形和相位…