什么是输入功率保护?如何应用到智能家居中去?

2019-10-12来源: eefocus关键字:放大器  eFuse  电源保护  智能音箱

随着智慧家庭概念的普及,消费者对于智能家居的功能和性能需求不断增长。设备上开始集成了越来越多的半导体组件,设计的难题之一就是如何让半导体器件在较小的封装中实现更高性能。

 

以输入功率保护电路为例,虽然其执行的任务不会直接影响用户体验,但简化该组件对优化设备的尺寸和制造成本至关重要。在下文中,我们将介绍TI的集成和分立解决方案,是如何最大限度地简化输入功率保护设计的。

 

智能音箱通过尖端的语音识别人工智能技术和高音质来持续提升我们的生活体验。当与其他的家庭自动化设备(如可视门铃、照明系统、恒温器和安保系统)配合使用时,智能音箱和智能显示器正迅速成为智能家居网络的控制中心。

 

为跟上不断增长的市场需求并保持领先地位,设计人员不仅需要为智能音箱增加功能和提升性能,还需要减小其尺寸并提高散热能力。如何让半导体器件在较小的封装中实现更高性能,将对减小电路板在空间受限的应用中的尺寸至关重要。

 

大多数电路板上集成了直接影响用户体验的关键组件,如片上音频系统、带触觉反馈的电容式触摸的人机接口控制器,以及LED驱动器引擎和D类音频放大器。智能音箱系统中的其他组件(如电源管理)执行的任务不会直接影响用户体验,但会影响尺寸和成本。设计人员可以在减小这些组件尺寸的同时,继续提升其性能。

 

一个特定的组件是输入电源保护电路,如图1所示。输入保护虽然有时在许多器件中被认为是理所当然的存在,但它是智能音箱中的一大关键电路,可防止在上电或连接不可靠的电源时损坏整个系统。智能音箱由外部AC/DC壁式适配器或内部开关模式电源供电。该电路可在发生故障时保护任何下游器件免受损坏。

 

图1:实现智能音箱典型功能的参考框图

 

输入电源的主要问题是不自然的高电压或电流事件。TI具有集成和分立解决方案,可应对过流保护(OCP)和过压保护(OVP)。

 

eFuse器件通常可以应对OCP和OVP,它通过集成MOSFET(功率金属氧化物半导体场效应晶体管),以在这些故障事件下断开所有下游电路。eFuse器件还可在启动期间管理浪涌电流,确保系统电压以受控方式增加。TI TPS2595等器件采用2 mm×2 mm封装,可提供高达18 V/4 A的保护。

 

对于OCP,常见的分立实现涉及使用电流检测放大器,如INA185,其作用是测量分流电阻两端的电流。INA185的输出要么馈入模数转换器(ADC)以数字化测量值,要么馈入比较器以向微控制器提供即时警报。ADC路径可精确测量系统中的电流,但由于ADC的采样频率,会增加读取测量时的延迟。比较器路径快约1000倍(同时功率消耗更少),但仅提供一个数字输出信号提示过流,而非实际的电流值。

 

ADC适用于需要精确测量电流的系统,且可灵活地动态更改限值。INA185具有优于±0.2%的满量程精度,是业界最小的带引线封装的电流检测放大器。该器件尺寸仅为1.6 mm×1.6 mm,非常适合需要优化电路板布局的小型化系统。

 

但是,在智能显示器中,系统电压高于18 V,因此需要更快的OCP警报。集成的eFuse器件可能无法在这样的系统中运行,但电流检测放大器和比较器结合使用可提供相同的功能,同时增加灵活性,并占用极小的电路板空间。TI的TLV4041等纳秒延时比较器仅消耗2μA的电源电流,可通过简易的齐纳二极管供电。INA185和TLV4041组合使用的解决方案尺寸为5 mm2,且响应时间比其他同类器件快50倍。

 

当系统电流超过自定义阈值时,使用带有快速比较器的INA185等放大器可提供快速、精确的OCP警报。根据系统的不同,此限值可设置为几毫安到几安培。TLV4041还集成了一个高精度(全温度范围1%)的电压参考,无论电流水平如何都能提供准确的警报,所有这些都在0.73 mm*0.73 mm的空间内。

 

图3所示的分立式解决方案无需额外的板载稳压器,从而节省了电路板空间,此外还同时适用于低压和高压智能音箱系统。相同的电路可适用于不同电源电压水平的不同扬声器型号,以进一步简化输入电源保护设计。

 

图3:如何设置INA185和TLV4041以生成高压系统OCP警报信号的功能电路

 

在纳入必要的无源元件之后,INA185(2.56mm2)和TLV4041(0.533mm2)结合使用的解决方案占用了大约5mm2的电路板空间。该解决方案的总体尺寸比提供电流检测功能的同类集成器件减小了15%。此外,TLV4041的延迟仅为450ns,这使得TI的组合解决方案比集成通用比较器和电流检测放大器的解决方案快得多。

 

TI广泛的产品组合涵盖多种解决方案,可最大限度地降低智能音箱的输入功率保护。无论是需要集成器件的低压音箱还是可使用分立器件的高压音箱,TI都能提供小尺寸且不会影响性能的解决方案。


关键字:放大器  eFuse  电源保护  智能音箱 编辑:什么鱼 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/qrs/ic476958.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:武汉华星光电获得TüV莱茵国内首张液晶屏低蓝光认证证书
下一篇:2019香港秋季国际电子展,linxee领视与您共享美好数字生活

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利

推荐阅读

埃赋隆为地面移动电台应用推出全新 LDMOS功率放大器
埃赋隆半导体(Ampleon)发布了最新的12V横向扩散金属氧化物半导体(LDMOS)晶体管产品线,加强其地面移动电台业务。这一新的12V LDMOS平台基于埃赋隆已验证的第9代LDMOS技术,其应用范围包括商业、公共安全和国防移动无线电应用。新的12V LDMOS产品包括陶瓷和塑料封装,并且承诺的最短生产年限是15年。   2款首发产品是BLP9LA25S和BLP5LA55S。这两款12V器件可用在2MHz至941MHz的整个VHF和UHF频段,分别提供25W和55W输出。它们集合了使用简单和极端可靠的优点,而且性能也是非常优异。在整个工作频率范围内实现了>18dB的增益和>65%的效率,这样就可以减少放大
发表于 2019-09-27
埃赋隆为地面移动电台应用推出全新 LDMOS功率放大器
行波管放大器、星敏感器等,北斗三号卫星部件全部国产化
9月23日5时10分,在西昌卫星发射中心,我国以“一箭双星”方式成功发射第47、48颗北斗导航卫星。据中新网报道,这次发射正式拉开了北斗三号从基本系统向完整系统大步迈进的高密度发射序幕。近年来,无论是北斗系统还是北斗产业链的建设都取得了一些成绩。据中新网报道,经过数年努力,长期依靠进口的行波管放大器组件、微波开关、大功率电源控制器、动量轮组件、星敏感器等关键产品,已实现主、备份全部国产化。北斗三号卫星部件国产化率达到100%。以行波管放大器为例,它是通信卫星的关键元器件,我国曾长期依赖进口。而2014年我国正在进行北斗三号试验卫星研制时,供应方突然通知由于政府原因停止供货。不过,北斗团队早已认识到国产化对于北斗系统建设和稳定运行
发表于 2019-09-26
HEV和EV电池管理系统中的标准放大器功能
混合动力电动汽车(HEV)和电动汽车(EV)之所以备受欢迎,是因为它们具有低(零)排放和低维护要求,同时提供了更高的效率和驱动性能。新的HEV/EV公司方兴未艾,而且现有的汽车制造商正大举投资HEV/EV市场,以争夺市场份额。 HEV/EV动力总成的核心在于系统。该系统从电网获取电力,将其存储在电池中(静止时),并从电池获取能量以转动电机并移动车辆。该系统主要包括四个子系统:车载充电器(OBC)、电池管理系统(BMS)、DC-DC转换器(DC/DC)以及逆变器和电机控制(IMC),如图1所示。在HEV/EV的BMS中经常忽略放大器的灵活性和成本效益。因此,本文将重点介绍BMS以及设计人员如何在系统中使用放大器。 
发表于 2019-09-24
HEV和EV电池管理系统中的标准放大器功能
HEV/EV电池管理系统中的标准放大器功能
混合动力电动汽车(HEV)和电动汽车(EV)之所以备受欢迎,是因为它们具有低(零)排放和低维护要求,同时提供了更高的效率和驱动性能。新的HEV/EV公司方兴未艾,而且现有的汽车制造商正大举投资HEV/EV市场,以争夺市场份额。HEV/EV动力总成的核心在于系统。该系统从电网获取电力,将其存储在电池中(静止时),并从电池获取能量以转动电机并移动车辆。该系统主要包括四个子系统:车载充电器(OBC)、电池管理系统(BMS)、DC-DC转换器(DC/DC)以及逆变器和电机控制(IMC),如图1所示。在HEV/EV的BMS中经常忽略放大器的灵活性和成本效益。因此,本文将重点介绍BMS以及设计人员如何在系统中使用放大器。图1:典型的带有OBC
发表于 2019-09-23
HEV/EV电池管理系统中的标准放大器功能
技术文章— HEV/EV电池管理系统中的标准放大器功能
混合动力电动汽车(HEV)和电动汽车(EV)之所以备受欢迎,是因为它们具有低(零)排放和低维护要求,同时提供了更高的效率和驱动性能。新的HEV/EV公司方兴未艾,而且现有的汽车制造商正大举投资HEV/EV市场,以争夺市场份额。 HEV/EV动力总成的核心在于系统。该系统从电网获取电力,将其存储在电池中(静止时),并从电池获取能量以转动电机并移动车辆。该系统主要包括四个子系统:车载充电器(OBC)、电池管理系统(BMS)、DC-DC转换器(DC/DC)以及逆变器和电机控制(IMC),如图1所示。在HEV/EV的BMS中经常忽略放大器的灵活性和成本效益。因此,本文将重点介绍BMS以及设计人员如何在系统中使用放大器。图1:典型
发表于 2019-09-23
技术文章— HEV/EV电池管理系统中的标准放大器功能
可大幅增强音频放大器性能的汽车级200 V Qspeed二极管
深耕于高压集成电路高能效功率转换领域的知名公司Power Integrations9月10日宣布其200 V Qspeed™二极管 – LQ10N200CQ和LQ20N200CQ – 现已通过AEC-Q101汽车级认证。Qspeed硅二极管采用混合PIN技术,可在软开关和低反向恢复电荷(Qrr)之间提供独特的平衡。该特性有助于降低EMI和输出噪声,这对于车载音响系统特别重要。最新通过认证的200 V二极管具有业界最低的反向恢复电荷,在125°C TJ下通常为32.4 nC,并且二极管的软度比为0.39。该特性可以最大程度降低高频EMI,而这是D类功率放大器输出级中常用的肖特基整流管的固有特点。10 A和20 A共阴极双二极管采用
发表于 2019-09-19
小广播
何立民专栏 单片机及嵌入式宝典

北京航空航天大学教授,20余年来致力于单片机与嵌入式系统推广工作。

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2019 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved