手機(jī)、多媒體播放器(PMP)、MP3播放器、數(shù)字相機(jī)、便攜式視頻游戲機(jī)、個(gè)人導(dǎo)航系統(tǒng)(PNA)等等,這些深受消費(fèi)者喜愛(ài)的便攜式消費(fèi)電子產(chǎn)品的一個(gè)基本問(wèn)題是:它們的功能越來(lái)越豐富,外形尺寸也日益精巧,但電池能量密度的提高速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上復(fù)雜度不斷提高的便攜式設(shè)備的功耗要求,而人們卻希望能在充電時(shí)間間隔較長(zhǎng)的情況下,利用這些輕薄短小的便攜式消費(fèi)電子享受移動(dòng)娛樂(lè)和移動(dòng)通訊。特別是這些產(chǎn)品功能的融合趨勢(shì),例如將帶拍照和攝像功能的手機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、全球定位系統(tǒng)(GPS)、MP3以及視頻功能集成到一個(gè)智能手機(jī)中,進(jìn)一步加劇了這個(gè)問(wèn)題的嚴(yán)重性。
便攜式設(shè)備的另外一個(gè)趨勢(shì)是加入高容量的微型硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器,從而使智能手機(jī)、PMP等擁有高密度存儲(chǔ)能力。所用的大部分硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器都具有一個(gè)直徑為1英寸或更小的盤(pán)片,在盤(pán)片旋轉(zhuǎn)加速的過(guò)程中,峰值電流需求有可能高達(dá)500mA,這無(wú)疑給緊張的功率預(yù)算雪上加霜。2.5寸、3寸甚至5寸彩色lcd屏的逐漸采用也使得高效率的LED背光和LCD偏壓繼續(xù)成為備受關(guān)注的電源|穩(wěn)壓器|穩(wěn)壓器管理技術(shù)。此外,由于MP3、PDA、GPS設(shè)備和筆記本電腦大量使用USB接口,
兼具數(shù)據(jù)傳輸和充電的單一miniUSB接口成為手機(jī)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì),這也要求有新的電池管理和電源管理芯片。
幸運(yùn)的是,不斷發(fā)展的電源管理技術(shù)正在滿(mǎn)足便攜式消費(fèi)電子產(chǎn)品對(duì)電池使用時(shí)間、功能集成度、可靠性、外形因子以及成本這些看起相互矛盾的應(yīng)用需求。例如,采用電源路徑管理技術(shù)的電池充電器IC允許在給電池充電的同時(shí)運(yùn)行系統(tǒng);結(jié)合了開(kāi)關(guān)型調(diào)節(jié)器和LDO調(diào)節(jié)器優(yōu)勢(shì)的新型電源管理IC可進(jìn)一步提高功率轉(zhuǎn)換效率;動(dòng)態(tài)功率調(diào)節(jié)技術(shù)有效提高了負(fù)載功率的使用效率;電源管理單元(PMU)更是可以在一個(gè)很小的面積里集成了幾乎所有電源功能,最大限度地減少了電源系統(tǒng)占位面積。本文將重點(diǎn)討論面向便攜式消費(fèi)電子產(chǎn)品應(yīng)用的電池充電管理IC、LDO、DC/DC調(diào)節(jié)器、PMU、LED電源驅(qū)動(dòng)IC等電源管理技術(shù)的最新發(fā)展趨勢(shì)和解決方案。
電源路徑管理技術(shù)滿(mǎn)足同時(shí)充電和負(fù)載供電需求
大多數(shù)便攜式消費(fèi)產(chǎn)品通常都可以通過(guò)一個(gè)AC適配器、一根通用USB電纜或一節(jié)鋰離子/鋰聚合物電池來(lái)供電。有時(shí)人們希望在給設(shè)備充電的同時(shí)繼續(xù)觀看視頻、打電話或者玩游戲。為滿(mǎn)足充電過(guò)程中的系統(tǒng)大電流需求,很可能出現(xiàn)充電電流比較小,造成充電管理指示不準(zhǔn)確的現(xiàn)象。因此,這些電源之間的電源路徑管理非常重要。
凌力爾特的LTC3555可解決這些問(wèn)題,它對(duì)AC適配器、USB電纜和鋰離子電池之間的功率路徑進(jìn)行無(wú)縫管理,并遵循USB電源標(biāo)準(zhǔn)。該芯片還具有一個(gè)可提供高達(dá)1.2A充電電流的全功能鋰離子/鋰聚合物電池充電器,以及3個(gè)高效同步降壓型轉(zhuǎn)換器(用于產(chǎn)生大多數(shù)USB外設(shè)都需要的低電壓軌)。LTC3555的功率傳輸方法不同于現(xiàn)有的電池和電源管理IC(后者是充電器饋送系統(tǒng))。在此類(lèi)系統(tǒng)中,外部電源并不直接向負(fù)載供電,而是采用AC適配器或USB端口來(lái)給電池充電,然后再由電池向負(fù)載供電。如果電池被深度放電,則在負(fù)載獲得功率的過(guò)程中會(huì)有一個(gè)延遲。這是因?yàn)樵陔姵孬@取所需的最小電荷量之前是不能夠從它那里吸取功率的。采用LTC3555可消除該延遲,從而使得便攜式設(shè)備能夠在墻上適配器或USB電源接入后立即上電。此外,該芯片還將把負(fù)載未使用的所有可用功率都用來(lái)給電池充電。
“這能帶來(lái)兩個(gè)好處,即消除充電延遲,且允許電池充電和負(fù)載供電同時(shí)進(jìn)行,從而延長(zhǎng)了應(yīng)用的有效運(yùn)行時(shí)間,并在與USB電纜相連時(shí)加快了充電速度。這種電源管理方法的另一項(xiàng)優(yōu)勢(shì)是在可以使用AC或USB電源的情況下提高效率。”凌力爾特公司產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理TonyArmstrong表示。
此外,手機(jī)充電器及接口技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化符合人們的需求,單一的miniUSB接口既用于數(shù)據(jù)傳輸又用作供電,成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。TI的單節(jié)鋰離子電池充電管理芯片BQ24070正好可滿(mǎn)足這一需求。作為T(mén)I高集成度bqTINY-III系列充電與系統(tǒng)電源管理器件的一員,它集成了2AAC電源開(kāi)關(guān)、1.5A充電FET、電流傳感器、反向阻斷保護(hù)和熱穩(wěn)壓等電池管理功能。它采用了TI的動(dòng)態(tài)電源路徑管理(DPPM)技術(shù),可為系統(tǒng)供電同時(shí)獨(dú)立為電池充電,并根據(jù)系統(tǒng)電壓動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)充電電流。
TI公司的高性能模擬產(chǎn)品高級(jí)市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)工程師何信龍介紹道,“BQ24070支持單一的miniUSB接口,可自動(dòng)選擇ACAdapter或USB供電,并可根據(jù)不同的電源選擇不同的充電速率。當(dāng)電源供應(yīng)不足,而充電時(shí)Wi-Fi、藍(lán)牙和手機(jī)電視等功能又需要瞬間大電流時(shí),電池可以補(bǔ)充供電。” |