新一代便攜電源管理方案

2004年4月A版

　　便攜式電子產(chǎn)品(如手機(jī)、PDA、MP3播放機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、視頻錄放機(jī)等)發(fā)展迅速、日新月異，成為電子市場的主流產(chǎn)品。便攜式電子產(chǎn)品的主要特點(diǎn)是小巧、電池供電。

　　圖1示出便攜式娛樂系統(tǒng)及電源管理系統(tǒng)的框圖。其中電源管理系統(tǒng)為便攜式娛樂系統(tǒng)的處理單元、存儲(chǔ)器、外設(shè)接口、音頻編譯碼器、音頻功率放大器、鍵盤、觸摸屏、彩色顯示、白色LED和背光提供多電壓/電流電源。

　　便攜式電子產(chǎn)品的電源管理主要包括功率轉(zhuǎn)換(穩(wěn)壓、控制、接口)和電池管理(充電控制、容量監(jiān)視、電池功率轉(zhuǎn)換)。

　　電源管理分為電源管理子系統(tǒng)和電池管理子系統(tǒng)。電源管理子系統(tǒng)包括降壓變換器、升/降壓變換器、升壓變換器、充電泵、低壓降穩(wěn)壓器、電源控制器等；電池管理子系統(tǒng)包括對不同化學(xué)成分(鋰離子、鎳氫、鎳鉻及堿性)電池的電池充電器、鋰離子保護(hù)器、電池監(jiān)控器等。具體包括：

　　高性能便攜式電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新，以滿足快速增長的市場需求，必須采用優(yōu)異的電源管理方案、選擇高級(jí)的電源管理產(chǎn)品，解決復(fù)雜的電源管理和集成問題，使系統(tǒng)達(dá)到優(yōu)異的性價(jià)比。為此，TI公司便攜式電源管理產(chǎn)品總監(jiān)Dave Heacock向人們介紹了新一代便攜式電子產(chǎn)品的電源管理技術(shù)和方案。

電源設(shè)計(jì)技術(shù)和工藝

　　電源設(shè)計(jì)需要考慮低成本，上市快，小尺寸，重量輕，高集成度，低噪聲，低功耗與長電池壽命，對不同化學(xué)成分電池的處理能力，適應(yīng)DC/DC功率轉(zhuǎn)換的發(fā)展趨勢和更加智能化的電池管理要求。

　　TI創(chuàng)新技術(shù)和工藝包括：采用具有高電壓能力的漏極擴(kuò)展CMOS，模向DMOS，使外部組件數(shù)減少，與同等RDSON相比，LDMOS技術(shù)可將晶體管大小縮小2/3；以低成本方式將所需0.35m或更小外形尺寸與邏輯和電源相結(jié)合，使密集數(shù)字邏輯具有高功率處理能力；采用嵌入式可編程非易失性存儲(chǔ)器，使進(jìn)行微調(diào)的E2能夠改進(jìn)性能的靈活性、合格率和成本，閃存可改進(jìn)算法、性能和靈活性；采用多金屬/多層、鍍銅工藝，使晶片尺寸更小、阻抗更低(可提高50倍)，并實(shí)現(xiàn)電容器集成。

　　由于采用先進(jìn)的WSP、QFN/SON、TSOT封裝，使板級(jí)空間更小、散熱性能更好、噪聲更低，構(gòu)成性能更佳、外形更小巧、更精致的系統(tǒng)。

　　另外，TI開發(fā)的高級(jí)電池管理/電源管理算法，使電池充電時(shí)間更短、電池使用壽命更長、容量管理更佳、功能更強(qiáng)。

電源管理解決方案實(shí)例

用于OLED顯示電源管理解決方案

　　全球OLED顯示市場飛速發(fā)展，預(yù)計(jì)今年將達(dá)到4.7億美元，到2006年將超過10億美元，以年增長率58%發(fā)展。高價(jià)值OLED顯示使OEM廠商能夠生產(chǎn)出更輕薄、更低功耗的數(shù)碼相機(jī)及其他便攜式電子產(chǎn)品。為此，TI推出便攜顯示設(shè)計(jì)用首款OLED電源變換IC-TPS65130。TPS65130為雙通道DC/DC變換器，具有-12V~15V可調(diào)節(jié)電壓輸出范圍、89%電源效率、800mA開關(guān)電流限制，其省電模擬能夠以低負(fù)載提供高效率，并能夠從單節(jié)鋰離子電池、多節(jié)鎳氫、鎳鉻以及堿性電池直接提供電源。

負(fù)電壓LDO超低噪聲穩(wěn)壓器

　　TPS723 LDO線性穩(wěn)壓器系列具有負(fù)電壓200mA輸出，其輸出噪聲只有60mV(RMS)，并能夠以1KHz頻率提供65dB的PSRR(電源抑制比)，具有-10V~1.2V可調(diào)輸出電壓和開關(guān)模式下不足2mA的靜態(tài)電流。TPS723xx LDO采用穩(wěn)定可靠的低成本、小型陶瓷電容器，具有啟動(dòng)及降噪功能；采用高精度電壓基準(zhǔn)，使初始精度可達(dá)1%，而過載、線路及溫度變化范圍僅為2%。該款高精度、低功耗LDO支持電池供電的噪聲敏感型應(yīng)用，如CCD數(shù)碼相機(jī)、PDA顯示屏以及具有光驅(qū)動(dòng)、光網(wǎng)絡(luò)與視頻放大器噪聲敏感型電路應(yīng)用。

單芯片電池管理IC

　　TPS65010把關(guān)鍵電源管理器件集成到用于單電池鋰離子系統(tǒng)的單芯片內(nèi)。它利用新型3307A12制造工藝，集成了主要的控制構(gòu)建模塊，外部元件(如開關(guān)和充電FET等)以及電池管理智能，更有效地管理高性能低功耗處理器等產(chǎn)品的電源。它與類似功能的分立解決方案相比，所用電路板空間減少三倍。這款智能電源IC可以滿足單節(jié)鋰離子或包含多個(gè)電源軌的鋰聚合物電池供電應(yīng)用，以及諸如PDA、智能電話、數(shù)碼相機(jī)等應(yīng)用的所有關(guān)鍵電源管理要求。

多電源解決方案

　　圖2示出多個(gè)電源軌解決方案。此方案可提供大于20VDC、大于2VDC、小于2VDC以及大于250VAC等多個(gè)電源。

　　此電源系統(tǒng)包括電池部件、電源多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、充電器、充電泵、升壓變換器、降壓變換器、LDO等單元。它能為mP/DSP芯核提供小于2V的電壓，為mP/DSP I/O、存儲(chǔ)器提供大于2V的電壓，為白色LED背光、LCD偏置/對比度提供大于20V的電壓，為LED背光、通用系統(tǒng)提供電壓，為CCFL(冷陰極熒光管)、背光提供大于250VAC等。

　　此多電源系統(tǒng)用的電源IC包括：升壓DC/DC變換器TPS64200、TPS65100、TPS6102x，LDO TPS723x，充電器bqTINYTM、bqTINY11,電量監(jiān)測計(jì)bqJuniorTM、bq2084/bq29313,電源開關(guān)轉(zhuǎn)換器TPS211X等?！?冰)