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3G手机电源管理的设计趋势

凌力尔特?? 2012年03月22日 ?? 收藏0
  不断增多的功能使手机设计面临更严峻的电源管理挑战。本文从电压转换、稳压、闪光灯电路、电池充电等方面分析了未来手机的电源管理设计趋势和各种相应的解决方案。

  3G手机不仅可以浏览网页、发送电子邮件、拍摄数码相片,甚至能播放视频流。手机制造商正面临越来越大的压力,因为他们必须把这些功能集成进不断缩小的体积内,同时要让手机维持较长的工作时间。

3G手机电源
3G手机电源

  从图1可以看出,不断增多的功能促使手机需要更多不同功率水平的低电压输出电平。一个例子是用于图像处理的应用处理器,它在视频捕获期间需要高达360mw的功率。在满负荷运行时,手机内部系统的负载所需的峰值功率通常将超过4W。这么高的功率会很快耗尽电池的能量。影响电池运行时间的另一重要因素是电源效率和系统电源管理。

  低电源转换效率将导致发热。这种热量是因为电压调节器在能量转换过程中的功率损失而产生的。但手机中没有用于冷却的风扇或散热片,而只有密集封装的印制电路板。因此没有任何通道可让热量散出。这些热量会缩短电池寿命,并降低产品的可靠性。

  由于电压转换期间会产生热量,业界需要重新考虑应该采用何种稳压器。目前,制造商正在采用开关调节器取代简单但低效的线性低压降(LDO)稳压器,因为开关调节器具有更高的效率。

  对于可满足手机内部电源转换需求的不同电压稳压器,我们必须认真考虑它们的优缺点(见表1)。目前有三种选择:线性LDO稳压器、无电感型开关稳压器(亦称为充电泵)以及传统的开关稳压器(基于电感器) 。

3G手机电源
3G手机电源

  线性LDO稳压器被认为是最简单的方案,它只能将输入电压转换到更低的电压。它最显著的缺点是热量管理,因为它的转换效率接近于输出电压与输入电压的比值。例如,一个LDO的输入端是标称为3.6V的单单元锂离子电池,它在输出电流为200mA时提供1.8V的输出电压,以驱动图像处理器。那么,它的转换效率只有50%,因此它会在手机内部产生热点,同时会缩短电池使用时间。

  开关稳压器可避开所有线性稳压器的效率缺点。通过使用低阻抗开关和磁存储组件,开关稳压器的效率能达到96%,从而显著减少转换过程的功率损耗。由于工作在非常高的开关频率(大于2MHz),这可以减小外部电感和电容的尺寸。开关稳压器的缺点比较少,而且能够通过良好的设计技术加以克服。

  介于线性稳压器与传统开关稳压器之间的是充电泵。在充电泵中,外部储能元件是电容而不是电感。由于没有电感,它可以减轻潜在的电磁干扰问题,以免影响敏感的RF接收器或蓝牙芯片组。充电泵的缺点是有限的输入输出电压比以及有限的输出电流能力。

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