如何为便携式系统挑选最理想的电源管理解决方案

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1、如何为便携式系统挑选最理想的电源管理解决方案

2、第1内容显示中大部分便携式电子产品都采用锂电池为系统提供供电。以下是电源管理在整个系统中所发挥的作用：电池管理：充电、保护、剩余电量测量。功率转换：利用电池的供电为负载提供适当的电压及电流。负载管理：提高用电效率，充分发挥能源效益。锂电池充电管理系统----LP3947：美国国家半导体的LP3974充电芯片可以轻易为便携式电子产品提供电池充电功能。500)this.style.ouseg(this)">LP3947芯片可以支持所有的锂电池充电模式如:涓流充电,恒流充电,恒压充电。这款芯片与传统的充电集成电路不同，只需采用极少的

3、外接元件为其提供支持，而且无需加设功率晶体管及高精度电流传感器。LP3947芯片支持通用串行总线(USB)端口或交流电适配器为电池充电。充电电流可以通过I2C接口加以设定，确保不同类型的锂电池都可获得足够的充电。这款充电芯片还有另一特别的功能。如果系统里没有电池，这款芯片可以作为低压降稳压器，执行稳压功能，稳定系统供电的电压，因此便携式电子产品可以充分利用这款芯片的稳压功能，直接从通用串行总线或交流电适配器获取供电，无需使用电池的供电，有助延长电池寿命。功率转换：便携式电子产品的负载一般可分为两大类：一种是属于数字子系统(核心及输入/输出)的负载，而另一种则是信号路径(模

4、拟或射频信号)的负载。由于这两类负载需要的电压/电流都各不相同，因此系统的电源供应需要进行不同的功率转换，以便为不同负载馈送不同的电压/电流。可以提供“功率转换”功能的芯片基本上采用三种不同的功率转换技术，因此功率转换器基本上也分为三大类，即低压降稳压器、电感式直流/直流转换器及开关电容器直流/直流转换器。图1所介绍的便是这三种不同的电路布局。500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">数字子系统及信号路径作为负载对电源有各自不同的要求，我们必须分别

5、予以考虑，并作出适当的取舍，才可确保系统能够充分发挥其性能。图表1列出有关的重要参数。500)this.style.ouseg(this)">专为数字核心及输入/输出而设的功率转换器处理器核心及数字输入/输出等数字子系统耗用较多的供电，而且新一代的数字子系统需要的供电电压(Vcc)远比输入的电源供应低，有时甚至低至1V。此外，处理器必须长时间开启，即使处于待机状态也不能关闭。先进的电感式同步降压稳压器可以满足数字负载的这些特性。电感式直流/直流转换器采用半桥接式输出级，后接低通滤波器。这种转换器的主要优点是无论输出/输入电压比(VOUT/VIN)有多大，都能以极高的效率输

6、出稳定电压。但这种技术既有优点，也有缺点，而且大部分问题都源自电感器，因此选择外接元件时便需要小心考虑相关的因素。例如，电感值(即电感器体积)越小，纹波电流便越大，虽然要确保系统体积小巧，便必须采用极小巧的元件，但系统设计工程师必须明白鱼与熊掌不能同时兼得。提高开关频率的好处是系统可以采用较小型的电感器，但开关频率越高，开关损耗也就越大，转换效率也会相应下降，因为开启及关闭MOSFET时会出现时间上的延迟，而且以更高速度为门极电容器充电会耗用更多电能。MOSFET的门极及源极之间存在电容器效应，当电容器进行“充电”时，MOSFET无法达到饱和的状态。[漏极源极电阻(RDS

7、-ON)不是处于最低点。]生产半桥接式高集成度直流/直流转换器的厂商有责任将其中的影响减至极低。对于需要预先确定Di/Dt噪音频率的系统来说，设有P模式的固定频率直流/直流转换器是理想的电源管理解决方案。但P的缺点是需要比较高的操作电流的支持。若负载只有“全速”或关闭两种操作模式，这个缺点即可忽略不计。但对于即使处于待机状态仍然需要获得供电电流的数字处理器或易失性存储器来说，我们便需要采用可以随时转换到脉冲跳跃或PFM模式的芯片。以PFM模式来说，只有在输出电压跌穿比较器的阈值时，半桥接芯片的顶部MOSFET才会启动。与此同时，P通道MOSFET随即启动，而输出滤波器也会

8、重新充电。这个操作PFM模式会持续,直至检波器显示输出电流升越某一阈值,再转入P模式。PFM模式有两大优点：由于许多内部电路已关闭，因此直流/直流转换器的操作电流会大幅下降；此外，内部电路在有需要时(而非在每一时段的开始)才启动或关闭，有助将输出级的开关损耗减至极低。一如所有电源管理系统，上述设计也有本身的缺点。以PFM模式来说，由于频率并非固定，因此Di/Dt噪音便变得不可预测。但经过优化的PFM模式可以以额定的固定频率或接近这一频率进行开关操作。其输出的纹波很小，全部属于输出电容器充电/放电产生，因此EMI可说微不足道。5