超低靜態(tài)電流電源管理IC延長便攜應用工作時間

　　技術背景

　　當今便攜式電子設備的小型化和高集成度發(fā)展趨勢要求延長電池工作時間，降低功耗，并且限制其設備內部IC及其相關外圍元件占用印制電路板的尺寸。由于電池技術的進步延長了電池工作時間并且減小了最終產品的尺寸，對于加速發(fā)展這種趨勢一直起到促進作用。可再充電的棱柱形鋰離子電池/聚合物鋰電池已經(jīng)將它們用作給中等到高端便攜式電子設備提供電源的先進化學電池，從而可提供最合適的外形尺寸、合用的電壓范圍、電能密度 (容量) 和電池壽命。因此，當人們一旦注意到鎳鎘 (NiCd)電池的有毒性時，人們正在尋找將新的鋰離子電池用于大電流應用的途徑 (例如電動工具)。而且新的鋰離子化學電池 (例如磷酸鋰電池) 正在興起，它與傳統(tǒng)的鋰電池/聚合物鋰電池相比，它提供較低的可用工作電壓范圍，較低的串聯(lián)電阻和較高的安全性。

　　最近新推出了一種一次性鋰電池 (例如Energizer “e2” 電池)，其尺寸與堿性電池一樣大。它們不但延長了電池工作時間，而且具有尺寸小巧、使用方便和價格便宜的特點，非常適合那些以前習慣使用堿性電池和鎳電池的便攜式設備的客戶 (例如數(shù)碼相機和手持GPS)。這些電池超出了可再充電的鋰離子電池、聚合物棱柱形電池、堿性AA或AAA電池以及可再充電的鎳金屬氫化物 (Ni/MH) 電池的范圍，從而擴大了便攜式電子設備工程師的選擇范圍。這種電池與其他的不可再充電的堿性電池或鎳電池比較，其延長電池壽命的優(yōu)點要比其初期成本高的缺點更重要。相比之下，可再充電的NiMH電池具有相對低的電能密度，但它是一項成熟的技術，而且成本低、無毒性，所以一直用于許多便攜式電子設備之中?？稍俪潆姾筒豢稍俪潆姷膲A性電池在低端電子設備中一直很流行，它具有很低的自放電和低成本特點以彌補其相當?shù)偷碾姵貕勖?/p>

　　設計挑戰(zhàn)

　　毋庸置疑，當今電池供電的便攜式電子產品設計師都在接受相當?shù)脑O計挑戰(zhàn)。這些設計師為了適應系統(tǒng)復雜性、電能預算和散熱管理不斷提高的趨勢，勢必要求高性能電源管理結構。這樣的系統(tǒng)應該在電池工作時間、與多個電源的兼容性、高功率密度、小外形尺寸和高效散熱管理之間達到最佳均衡。必須做到精心地選擇電池，連接其他電源 (USB、墻上適配器等) 給系統(tǒng)供電，因為電池壽命和電池工作時間顯然是重要考慮。

　　與此同時，系統(tǒng)中的功能不斷增加迫使系統(tǒng)功耗的提高，當設備工作時自然要降低電池的工作時間。對于可再充電的電池，隨后的充電和再充電周期會使電池的壽命受到限制，尤其是在再充電頻率很高的情況下。在電池供電情況下，電源管理IC的高電池耗電、高靜態(tài)電流 (IQ、無負載) 和低功率轉換效率都會對電池工作時間產生負面影響。因此，在可再充電電池和不可再充電電池兩種情況下，設計師為了向最終用戶提供長的電池工作時間都必須權衡產品性能、靜態(tài)電流與工作電流、系統(tǒng)功耗和轉換效率。

　　上述這一切都將成為過去，這要多謝新推出的低功耗電源管理集成電路 (PMIC)，與其他傳統(tǒng)的高耗電和高熱量PMIC相比，現(xiàn)在的 PMIC 對系統(tǒng)提供了高效電源，而且僅需最少的外圍組件、顯著減小了尺寸和大幅地提高性能。另外，與笨拙的低性能分立IC解決方案相比，這些新的PMIC可大大簡化設計并且縮小解決方案的尺寸。

　　簡單的解決方案—帶超低IQ和高效開關穩(wěn)壓器的PMIC

　　在寬負載范圍內具有低靜態(tài)電流和工作電流并且?guī)в懈咝ч_關穩(wěn)壓器的IC，有助于在便攜式電子設備中保持電池工作時間。凌力爾特公司(Linear) 推出的PMIC帶有 PowerPath控制、超低靜態(tài)電流與待機電流、以及一流的集成功能單元電路 (例如高效可編程同步降壓-升壓型和降壓型開關穩(wěn)壓器) 既簡單又輕松地解決了這些設計挑戰(zhàn)。這之所以成為可能，因為在 PMIC 開發(fā)中采用了不同的方案，使用了較多可選的集成度以提供一個緊湊的解決方案，而無需犧牲性能。

　　例如，LTC3554是一款適合鋰離子/聚合物電池應用的微功耗多功能PMIC。LTC3554 包括了一個USB兼容的線性PowerPath管理器、一個獨立的電池充電器、兩個高效同步降壓型穩(wěn)壓器和一個按鍵控制電路，它采用超薄 (0.55mm) 的3mm x 3mm UTQFN封裝。當全部輸出保持穩(wěn)壓時，可選擇的待機模式引腳 (詳見圖1) 可使電池的損耗電流減小到只有10μA。

　　圖1 LTC3554 在待機模式下的電池損耗電流

　　當LTC3554從一個USB 端口或5V墻上適配器提供高達400mA的電池充電電流時，它的PowerPath管理器能自動控制負載的優(yōu)先順序，渾然一體地管理多輸入電源之間的切換以便向負載加電。輸入電流限制是引腳可選的，并且內部設置以滿足USB的電源規(guī)范 (需外部電阻器)。LTC3554的輸入電壓允許高達5.5V，為了提高堅固性，其絕對最大瞬態(tài)電壓為7V。該IC的“即時接通”運作特性確保電池甚至在完全放電的情況下也可對系統(tǒng)供電。它的自主性工作能力簡化了設計，從而無需一個外部管理器來終止充電。