便携式电源管理的挑战和发展趋势

2010年03月12日14:42:00 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

作者：Don Paulus
电源管理产品部副总裁兼总经理
凌力尔特公司

当今的便携式电子产品设计师面临着前所未有的挑战。对高性能电源管理系统的需求(旨在适应系统复杂性的日益增加以及功率预算的不断攀升)便是这些挑战中的一个。这些系统努力地在诸多相互冲突的目标之间寻求着某种较佳的平衡，包括：长久的电池运行时间、与多种电源的兼容性、高功率密度、小外形尺寸和有效的热管理。

就像线性稳压器正逐渐让位于开关模式电源一样，线性电池充电器的使用量也将随着具开关电源通路控制功能的充电器的出现而日趋减少。这些增强型充电器(或称“电源管理器”)实现了较高的效率，从而相应地降低了系统热负载，并实现了多种电源(包括USB、AC和汽车电源适配器以及数量更为庞大的锂电池)之间的自主型切换。而且，开关电源通路控制还较大限度地增加了可从电流受限型电源(包括USB)获取的功率、实现了“即时接通”型操作(即使在采用完全耗尽的电池时也不例外)，并允许在把任何剩余的可用输入功率用于给电池充电的同时优先向负载供电。

虽然新型锂电池技术肯定会增加能量密度，然而现状是：安全问题的增多抵消了电池能量密度的提高，从而促使人们采用包括低充电(浮动)电压、热调整和热敏电阻控制型适宜温度充电等在内的诸多充电策略。新型电池化学组成实现了较长的运行时间，不过，它们的电压放电范围被扩大了，在电池电压低于3V的条件下具有大量的可用能量。这种特性对有关的功率转换系统产生了影响，因而使得同步降压-升压型稳压器必需生成低至3V的输出。

当今的先进手持式产品所需计算能力的提升在很大程度上推动了用户对高功率解决方案的需求。与此同时，电源轨的数目也在持续地增多。这种趋势愈发地要求人们使用多输出开关稳压器解决方案，以满足外形尺寸和效率目标，并把热耗散置于受控状态之下。此外，还需要具有高效率(在很宽的负载电流范围内)和低待机(静态)电流的DC/DC转换器，以管理电池的运行时间。

直到较近，便携式电源系统设计师采用了两种基本的方法来应对这些挑战。其中一种是采用单独的组件(各为某项功能而优化)来构建系统。这种方法在设计、布局和热管理方面提供了较大的灵活性，并为每项功能实现了适当的性能水平。但是，这种选择也存在着主要缺陷，这就是成本相对昂贵，而且还需要占用大量的板级空间来满足日益增加的功能要求。

凌力尔特公司 Don Paulus

在另一种极端情况下，设计师可以从多种高集成度电源管理IC(PMIC)中进行选择。这些器件通常支持大多数应用所需的扩展功能组合，包括整合了开关DC/DC控制器、单片式开关电源和众多与无关的混合信号部件(例如：触摸屏控制器、音频CODEC...等等)相集成的LDO，这种整合是很难处理的。因此，它们使用起来会很麻烦，而且大多需要在固件方面大量投资(仅仅为了将它们接通)。相比于性能，这些产品往往更加看重集成度，因此经常会由于把热量集中于产品内部的某个“热点”之中而导致热管理的复杂化。具有讽刺意味的是，这些高集成度解决方案也需要占用较大的板级空间，原因是它们采用了体积大、引脚多的封装。较后，它们迫使设计师不得不在电路板布局上大做文章，以容纳所有的相关外部元件(MOSFET、电感器、二极管和各种各样的无源元件)以及从PMIC至整个系统内的不同负载所需的相关布线。

凌力尔特公司较近推出了一个新型PMIC系列中的首批产品，它们提供了一种“具意义”的集成度，既没有牺牲性能，也不存在有可能成为障碍的所有复杂性。这些产品提供了可以接通或关断一部便携式设备的功能，包括难以执行的“关乎性能的”功能，比如：USB和汽车兼容型电源通路控制、自主型电池充电和高效率单片式DC/DC功率转换。其他特点包括高充电电流、高开关频率、Bat-Track自适应输出控制和独立I/O或I2C操作。该系列采用扁平(高度仅0.75mm)无引线封装，其占用的板级空间仅为传统PMIC的一小部分--从9mm2至20mm2，所需的外部元件极少，而且不需要使用钽电容器。

该新产品系列适应了上述的所有发展趋势，为设计师提供了拓扑结构和功率电平的新选择(旨在较好地与其应用相匹配）。这些产品为当今设计师所面较棘手的电源管理难题奉献了完善而紧凑的解决方案。

便携式电源管理的挑战和发展趋势

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