采用MPS 产品优化家居远程控制系统

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简介

红外 (IR) 和远频 (RF) 家用遥控器被广泛应用于音响系统、电视、照明以及其他控制系统。这些系统现在变得越来越复杂，其中不乏语音控制、连接控制、LED 显示和电容式触控等先进功能。相应的遥控器也对可靠性、易用性和电池寿命等方面提出越来越高的要求。

MPS能够为整个家庭的遥控系统提供高性价比解决方案（见图 1），优化各种智能家居遥控功能。MPS解决方案中包含了电机驱动器、LED 背光驱动器、监控电路、AC/DC 变换器、电池充电器IC、降压变换器、升压变换器、LDO 和 PMIC（如图 1 中的蓝色模块）。本文将逐一介绍这些组件，以及如何利用它们来优化家用遥控器设计。

图1: 家居遥控系统应用架构图

电机驱动器

电机驱动器是用于控制电机速度、方向、扭矩及其他参数的电子设备。它充当了电机与微控制器 (MCU) 或其他控制系统之间的接口，是机器人、自动化、电动汽车和家用电器等众多应用中不可或缺的组件。

电机驱动器的工作原理如下：

放大电信号以驱动和控制电机
调节电机供电功率
防止过流 (OC) 或电机烧毁

电机驱动器通常包含 MCU 或专用驱动器 IC、功率晶体管和保护电路等组件。其种类繁多，包括有刷直流电机驱动器、无刷直流 (BLDC) 电机驱动器和步进电机驱动器等。

以电风扇和电动窗帘为例，电机驱动器可根据用户指令调整速度（例如降低风扇转速）、方向和位置（例如关闭或打开窗帘）。

能够提供精确控制的电机驱动器不仅可以提升用户体验以及能效，还能确保平稳运行、低待机功耗，同时延长电池寿命。

除去控制，电机驱动器还为应用中的电机提供必要的电源，这是微控制器无法做到的。MPS 提供一系列适用于无刷直流电机 (BLDC) 和步进电机的电机驱动器。

MP6539即为一款专为三相无刷直流 (BLDC) 电机驱动应用而设计的栅极驱动器 IC。它可以驱动由六个100V N 沟道功率 MOSFET 组成的三个半桥（见图 2）。

图2: MP6539典型应用电路

MP6539 采用带散热焊盘的TSSOP-28（9.7mmx6.4mm）和 QFN-28（4mmx5mm）封装。

LED背光驱动器

LED 背光驱动器用于在用户界面中为 LCD 或类似的显示屏供电并控制 LED 背光。它可以确保显示屏具有一致的亮度和色彩、适应环境光照条件，并最大限度地降低功耗。在电池供电设备中，LED 背光驱动器尤其有用，它可以避免功耗过高而很快耗尽电池电量。

LED 背光驱动器的工作原理如下：

延长 LED 使用寿命
优化 LCD 屏幕性能，同时提供高色彩精度
确保均匀的背光分布
支持调光功能

MPS 提供性能稳定、经济高效的LED 驱动器，可以满足商业、工业和汽车照明需求。

MP3318是其中一款 WLED 升压变换器，它采用峰值电流模式控制来调节由内部寄存器设置的 LED 电流(I_LED)。其最大 LED 电压(V_LED)高达 38V，可驱动 10 个串联 LED，适用于 5 英寸以上的 LCD 面板应用。此外，它支持线性和指数模拟调光，并具有 11 位超高分辨率，可精确调节调光电流（见图 3）。

图3: LED亮度

MP3318全面的保护功能包括了 LED 开路和短路保护、逐周期限流保护和过温关断保护。该器件还可通过I²C接口灵活设置保护阈值、调光模式和 LED 电流斜坡等参数。图 4 所示为 MP3318 的典型应用电路。

图4: MP3318典型应用电路

MP3318 采用超小尺寸 WLCSP-12 (1.3mmx1.7mm) 封装。

监控电路

监控电路可以监控MCU的电源状况，并通过掉电检测和复位等安全功能，确保 MCU 在安全电压范围内工作。该电路能够预防MCU 在电源干扰时发生故障以提升可靠性，从而保证可靠的用户交互和响应能力。

监控电路的工作原理如下：

确保 MCU 在规定的电压范围内工作
当电源电压低于设定阈值（如掉电检测）时，自动生成复位信号
当MCU 无响应或进入未定义状态时，复位 MCU
确保 MCU 在电源故障后正确重启

监控电路对于维护系统可靠性、防止损坏并确保 MCU 在关键应用中正常运行非常重要。

MPS 提供多款适用于家庭自动化设备的监控电路。MP6400即为一系列微处理器 (µP) 监控电路。其复位电压可在出厂时设置为 0.9V 至 5V 的标准电压轨，其中 MP6400DG(J)-01 更可通过外部电阻分压器调节复位电压，以提供更大的灵活性（见图 5）。

图5: MP6400功能框图

当 SENSE 电压(V_SENSE)超过设定阈值时，经过用户配置的延迟时间之后，该电压将被拉至逻辑高电平。它提供了精确的基准，可实现 ±1% 的阈值精度。通过连接在 CDELAY 和 GND 引脚之间的电容，可将复位延迟时间设置在 2.1ms 至 10s。MP6400 还具有 1.6µA 的超低静态电流(I_Q)，因此非常适合电池供电应用。该器件采用 QFN-6 (2mmx2mm) 和 TSOT23 封装。

AC/DC变换器

AC/DC 变换器可以将家用交流电转换为直流电压，用于为遥控器供电或为其电池充电。理想的 AC/DC 变换器应在紧凑的设计中实现高效率、低功耗，并确保符合能源法规。AC/DC 变换器广泛应用于电子设备电源、电池充电、电动汽车和可再生能源系统等应用。

AC/DC 变换器的工作原理如下：

采用二极管或受控开关将交流输入转换为脉动直流电压
利用电容和电感对脉动直流电压进行滤波和平滑处理，使其输出稳定的直流电压
无论交流输入电压或输出负载条件如何变化，确保恒定的直流输出电压 V_OUT
为连接的设备提供欠压保护 (UVP) 和欠压锁定 (UVLO)等保护功能

这些变换器能够确保交流电源和直流供电设备之间的兼容性，从而实现高效能源转换和可靠的运行。MPS 提供种类繁多的AC/DC 变换器产品。

HFG610-65是一款集成了 GaN HEMT 的准谐振 (QR) 反激式稳压器，它具有先进的保护功能，包括欠压锁定 (UVLO)保护、原边采样输出过压保护 (ZCD OVP) 和原边采样输出欠压保护 (ZCD UVP)（见图 6）。

该器件是基于副边调节(SSR) 的原边稳压器，它具有较高频率，可实现更小无源元件尺寸和更高功率密度。此外该器件还提供过载保护 (OLP)，以防止持续过流导致的过热。

图6: HFG610-65典型应用电路

HFG610-65 采用 QFN-25（7mmx7mm）封装。

电池充电器IC

电池充电器IC通过管理电流和电压来防止过度充电，从而安全地为可充电电池（例如遥控器电池）充电。电池充电器IC支持可重复使用的电池，因此可减少浪费；而具备精确的充电算法则可进一步延长电池使用寿命。

电池充电器IC的工作原理如下：

提供恰当的电压和电流，确保电池充电时不会被损坏
检测电池电量、温度和状态，以优化充电过程
集成保护机制，例如过压保护 (OVP) 和过温保护

从智能手机到电动汽车 (EV)，电池充电器IC都能确保其充电电池的功能和使用寿命。MPS的电池管理解决方案简单易用且可配置，采用特有芯片技术，可实现高集成度和出色的散热性能。

MP2615D是其中一款用于单节锂离子或锂聚合物电池组的单片开关充电器IC。该器件内置功率 MOSFET，采用 QFN-16 (3mmx3mm) 封装（见图 7）。MP2615D 可以监控各种情况下的电池温度和充电状态，以确保安全的运行并优化充电性能。

图7: MP2615D典型应用电路

MP2615D无需外部反向阻断二极管即可阻止电流反向流动。它具有±0.75%的电池满电电压 (V_{BATT_FULL}) 精度、可配置安全定时器，并能够对电量耗尽电池进行预处理以防止电池损坏。此外，该器件还支持高达 99% 的占空比运行。MP2615D 还提供过温关断保护，并带电池温度监视器以防止电池过热。

非隔离式电源

降压变换器

在非隔离式电源中，降压变换器可以将来自电池或 AC/DC 输入的较高电压转换为较低的电压，以便为 MCU 传感器和负载点 (PoL) 供电。它通过降低热量和能耗来提高电源效率，这也有助于延长电池寿命并保护接收其输出电压的设备。

降压变换器的工作原理如下：

采用高频开关元件（通常为晶体管）和二极管来控制输入电压 (V_IN).
利用电感和电容来储能和释能，从而平滑输出电压 V_OUT.
通过调节开关元件的占空比来调节输出电压 V_OUT.
最大限度降低功耗，从而提高转换效率

降压变换器通过高压电源来为低压电子电路和设备供电。MPS 为家庭自动化应用提供了丰富的降压变换器选择。

MP8886是一款带PMBus 控制接口的双相、双输出、高效率同步降压变换器（见图 8）。其PMBus接口和多次可编程 (MTP) 存储器能够灵活配置输出电压 (V_OUT)，选择高级异步调制 (AAM) 模式或强制连续导通模式 (FCCM) ，并设置保护阈值等参数。

MP8886的输出电压 V_OUT 可在 0.6V 至 24V 之间设置。其宽 V_IN 范围内可实现高达 3A 的双通道连续输出电流 (I_OUT) ，或高达 6A 的单通道连续 I_OUT。如有需要，还可并联多个 IC，以实现高达 36A 的 I_OUT。该器件全面的保护功能包括了 V_IN 欠压锁定 (UVLO) 保护、过压保护 (OVP)、过流保护 (OCP) 和过温关断保护。

图 8：MP8886 典型应用电路

该器件采用 TQFN-26 (5mmx5mm) 封装。

升压变换器

在非隔离电源中，升压变换器用于将低电池电压提升至特定组件（例如 MCU、PoL 或大功率 LED）所需的较高电压。即使电池电压下降，它也能提供稳定的性能，从而延长电池的使用寿命。

升压变换器的工作原理如下：

采用高速开关元件（例如晶体管）和二极管来管理输入电压 V_IN
利用电感在开关周期内储能，并在高电压下释能
通过调节开关信号的占空比来调节输出电压 V_OUT
通过动态控制能量传输过程来实现更高输出电压

对于工作电压要高于可用输入电压的应用来说，升压变换器将发挥关键作用。MPS提供的高效率升压变换器适用于广泛的应用。

MP3416是一款工作在峰值电流控制模式下的升压变换器，它具有出色的瞬态响应。其集成 P 沟道同步整流器 (SR) 无需肖特基二极管，可进一步简化最终解决方案。该器件可在低至 0.86V 的输入电压 V_IN 下工作，并提供 1.8V 至 5.5V 范围内的输出电压 V_OUT。

在轻载条件下，MP3416可将峰值电流降至约 350mA，并进入跳频模式 (PSM) 以降低功耗。该器件还提供过温保护功能，并在 155°C 时关断。图 9 所示为 MP3416 典型应用电路。

图 9：MP3416 典型应用电路

MP3416 采用 TSOT23-8 和 QFN-8 (1.5mmx2mm) 封装。

低压差 (LDO) 稳压器

在非隔离式电源中，低压差稳压器 (LDO) 可以将较高输入电压 V_IN 转换为较低输出电压 V_OUT ，以为低压元器件供电。与开关稳压器不同，LDO 提供线性、无噪声的输出。LDO 可增强敏感模拟电路和射频电路的性能。当输入和输出压差较小时，LDO 尤为有用。

LDO 稳压器的工作原理如下：

通过控制电路和传输晶体管来维持恒定的输出电压 V_OUT
提供干净、低噪声的功率输出
提供内置过温关断保护以防止过热
可防止过大电流消耗，以确保可靠的运行

对于要求设计简单、低噪声且紧凑的应用，建议采用 LDO 稳压器。MPS 低压差稳压器非常适合需要最大限度降低电池功耗的低电流汽车子系统。

MP2015A是一款线性稳压器，可为采用高压电池的系统供电。该器件具有低 IQ 和低压差，因此能够在超低功耗水平下运行，非常适合 MCU 和电池供电设备。此外，MP2015A 提供多种固定输出电压（V_OUT）选项，包括1.8V、1.9V、2.3V、2.5V、3V、3.3V、3.45V 和 5V。此外，它还提供 1.215V 至 15V 的可调输出电压（V_OUT）选项（见图 10）。

图 10：MP2015A 典型应用电路（包括不同版本）

MP2015A 还提供过温关断和限流故障保护功能，并采用QFN-6 (2mmx2mm)、QFN-8 (3mmx3mm) 和 TSOT23-4 封装。

电源管理 IC (PMIC)

在非隔离式电源中，PMIC 用于将多种电源功能（例如升压、降压和控制）集成到单个 IC 中。PMIC 可减小 PCB 尺寸和元件数量、简化设计并提高整体系统效率。即使出现极为罕见的PMIC 故障，也不用很多时间来解决故障，因为无需测试整个系统中的多个组件。

PMIC 的工作原理如下：

通过集成降压、升压或线性稳压器提供多个稳压电源输出
确保系统的不同组件按正确的顺序上电或断电
管理子系统和外设的供电
支持节能模式（例如睡眠模式和待机模式）以延长电池寿命

PMIC 通常用在需要高功率密度的复杂现代电子设备中。MPS 的PMICs和多输出产品系列包括集成型降压变换器、升压变换器、升降压变换器、电熔丝、负载开关和线性稳压器。

MP5416集成了四个高效率降压 DC/DC 变换器、五个 LDO 和一个灵活的逻辑接口（见图 11）。DC/DC 变换器的恒定导通时间 (COT) 控制方案可提供快速瞬态响应。其上电/断电顺序也可通过一次性可编程 (OTP) 存储器设置，或通过 I²C 总线在线控制。该器件全面的保护功能包括了欠压锁定 (UVLO)保护、过流保护 (OCP) 和过温关断保护。