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下一代便携式设备的电源管理挑战及最新解决方案

来源:电源在线?? 2007年10月24日 ?? 收藏0

?????? 近年来,多功能电池电源管理IC可承担电池充电、DC/DC转换、电池保护、电池监视或电源选择功能。例如TI的TPS65800也对USB端口和AC适配器电源提供灵活的充电和系统电源路径管理。它对由单芯锂离子或锂聚合物电池供电的应用,也具有多电源输出和几种电路选择。TPS65800在独立对电池进行充电时,还对系统进行供电,减少了电池的充电和放电周期。它能自动选择USB端口或AC适配器作为系统的电源。在USB配置中,主机可以在预设置的100mA和500mA充电速率中选择。IC基于系统负载对USB充电速率进行动态调整,以保持100mA或500mA的充电速率。?

  Microchip公司的MCP73811及MCP73812型(MCP7381x)锂离子/锂聚合物充电管理控制器,也提供全集成的充电管理功能,以及高至500mA的可选或可编程充电电流。它们兼容USB,同时配备集成电流感应、传输晶体管,以及板上逆向电池保护功能。MCP7381x充电管理控制器可兼容USB输出功率规格,能够通过大部分个人计算机上的USB端口取电,无需连接外部电源适配器。此外,这些器件具有片上热调节功能,能在温度超出安全水

平时降低充电电流。?

  集成LDO和DC/DC调节器的方案平衡效率和尺寸?

  手机的基带处理器传统上利用LDO线性调节器供电,其优点是在各种条件下的输出噪声偏差低、外部元件少、尺寸小、易使用,缺点是效率低,而且效率随芯片组电压的下降而降低。随着手机功能对功率需求不断增加,设计者正采用DC/DC调节器来代替LDO,以提高效率和维持电池寿命。尽管DC/DC调节器提供了一种高效率的替代方案,但它要成为理想的电源管理器件,还需解决尺寸、噪声和开关损耗较大的问题。?

  飞兆半导体公司Bruno Kranzen经理表示,由于电池的能量或容量将难以随着电源要求不断提高,因此在更小的外形尺寸中提供更高效率的DC/DC转换是有效的办法,在这些系统中存在一种用开关DC/DC调节器替代线性调节器的趋势。”?

  例如,飞兆半导体的高速开关DC/DC调节器FAN5350的开关频率达到3MHz,专为手持式应用的内核处理器供电而设计。ADI公司的ADP2102是一个600mA、3MHz的降压调节器,与微型陶瓷感应器和电容器共存时仍然可以提供高达93%的效率。?

  ADI公司便携式电源产品市场总监Arcadio Leon认为:“提高频率可以采用较小的电容和电感,从而减少占位面积,但由于提高工作频率也降低了总系统效率,所以未来的挑战在于在工作频率和形状因子之间找到一个理想的平衡。” 伴随开关频率的升高,DC/DC调节器的效率优势会大打折扣。2MHz频率下DC/DC开关引起的损耗占总损耗的20%,但在8MHz频率下,开关损耗会上升到40%以上。?

  显然,一种平衡效率、尺寸和成本的方法是结合开关式DC/DC调节器和LDO的新型电源管理IC,它们具有前者的高效率,以及后者的小尺寸和易用性优势。?

  比如,Micrel最近推出的电源管理芯片MIC2800提供三个电压输出:一个开关式DC/DC调节器输出、两个LDO输出。片上2MHz DC/DC调节器可提供高达600mA的电流,效率达到93%以上,只需要微型的2.2μF输出电容和一个2.2μH电感来稳定电压。该公司的电源产品市场和应用总监Ralf Muenster举例说,在数字多媒体广播(DMB)应用中,若采用LDO将锂离子电池电压分别转换为1.8V(给I/O供电)和1.2V(给内核供电),效率分别为50%和33%,而采用集成在MIC2800中的DC/DC调节器将锂离子电池电压降低到1.8V,效率为93%;然后用集成在MIC2800中的LDO将1.8V转换为1.2V,效率为66%。另一个LDO输出则提供第三个电压,如2.8V的RF电压轨。

  Micrel公司电源产品市场和应用总监Ralf Muenster

  安森美公司的NCP1526双输出DC/DC调节器也集成了3MHz的步降开关调节器和LDO调节器,为数字多媒体广播(DMB)芯片组或WLAN模块中的数字内核电路和RF电路提供电源。这种具有数个DC/DC调节器和LDO输出的电源子系统有助解决翻盖或滑盖手机的板面布局问题,缩短从主板PMU到翻盖PCB的电源走线,减少EMI问题。


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