利用新興的電源管理技術(shù)設(shè)計消費類電子產(chǎn)品電源

目前的便攜式消費類電子產(chǎn)品需要更短的充電時間、穩(wěn)定的電壓和可靠的電池監(jiān)測功能，高效的PMIC必須以適于消費類電子的小型封裝提供低廉而通用的解決方案，并配以最佳的性能和最高的效率來為系統(tǒng)設(shè)計人員提供更高的價值。
隨著CMOS技術(shù)不斷向深亞微米發(fā)展，高度集成的電路同電池續(xù)航能力方面的顯著進步共同迎來了消費類電子設(shè)備的新時代，并開創(chuàng)了無限的可能性。要實現(xiàn)高度集成，就需要我們采用先進的電源與系統(tǒng)管理技術(shù)在更小型的封裝中處理更高的電流以及更低的系統(tǒng)電壓，這進一步加大了對散熱管理的要求。此外，隨著越來越多的系統(tǒng)實現(xiàn)了便攜性，電池供電的重要性也日益提高。我們必須能夠監(jiān)控系統(tǒng)性能，提高系統(tǒng)效率，并盡可能延長電池的使用壽命，同時不管電池具有何種化學特性，均應(yīng)實現(xiàn)快速充電，這都是消費類電子產(chǎn)品開發(fā)商所要面臨的新挑戰(zhàn)。為了適應(yīng)設(shè)備小型化的空間尺寸要求，并滿足功能升級的需要，電源、電池管理及專用系統(tǒng)功能均要求高度集成的高級解決方案，這些都是成功開展消費類電子系統(tǒng)設(shè)計所應(yīng)解決的重大問題。
當前消費類電子應(yīng)用中的電源管理與供電系統(tǒng)非常先進、復雜。從傳統(tǒng)上來說，我們將不同的系統(tǒng)功能分開來考慮、設(shè)計并加以集成，供電與管理通常是隨后才考慮到的問題。在許多情況下，我們都采用不同的穩(wěn)壓器，根據(jù)產(chǎn)品功能數(shù)量的不同，設(shè)備中不同的穩(wěn)壓組件可能多達10個乃至20個。這樣的“電源管理”及供電技術(shù)成本不菲、效率低下、占用的板級空間也很大，上述問題都會妨礙消費類電子應(yīng)用目標的實現(xiàn)。
對于便攜式產(chǎn)品設(shè)計工程師而言，高度集成的數(shù)控電源及電池管理IC(PMIC)將成為尖端便攜式產(chǎn)品系統(tǒng)級發(fā)展策略中至關(guān)重要的部分。系統(tǒng)成本有望不斷降低，同時靈活性與可靠性也有望提高，這些積極因素都推動著數(shù)控PMIC的開發(fā)。

利用“升-降壓”技術(shù)延長電池壽命
就功能豐富的便攜式應(yīng)用而言，延長電池使用壽命的關(guān)鍵在于設(shè)計高效的電源電路，并實現(xiàn)智能的電源管理。這種電路正從簡單而效率低下的穩(wěn)壓器電路逐漸發(fā)展成為開關(guān)式穩(wěn)壓器組件。這種過渡對低壓應(yīng)用尤其重要，這也是消費類電子市場的推進力量。通過開關(guān)式穩(wěn)壓器可實現(xiàn)更高的效率，這一點也受到機械設(shè)計人員的歡迎，因為效率的提高會降低散熱要求。同時，隨著外部濾波組件的小型化，相同的特性和功能所需的封裝也越來越小。但是，開關(guān)式電源也確有其弱勢，用于產(chǎn)生所需電壓(并給低壓組件供電)的脈寬調(diào)制(PWM)總會給敏感的電路帶來更多噪聲。此外，這種拓撲還會在輕負載情況下降低效率。
消費電子應(yīng)用領(lǐng)域的另一項發(fā)展也很引人注目，這就是“升-降壓”穩(wěn)壓器件的采用。許多電池供電的應(yīng)用都需要這種穩(wěn)壓器，因為鋰離子電池供電的系統(tǒng)具有VBATT電壓特性(見圖1)，也由于應(yīng)用所采用的許多IP塊都是3.3V的內(nèi)核邏輯器件。當VIN大于降壓模式(VOUT)時，“升-降壓”調(diào)壓器作為線性穩(wěn)壓器發(fā)揮作用，不過當VIN下降至低于某一給定閾值時，又會過渡成為升壓穩(wěn)壓器。
就鋰離子電池系統(tǒng)而言，電池完全充電以支持降壓工作時，能夠提供充足的電壓。不過，隨著電池電量的消耗，電池輸出會下降，到某一時段我們就必須采用升－降電路的升壓模式來提高電池電壓，并根據(jù)整體設(shè)備規(guī)范要求為負載的內(nèi)核邏輯器件提供適當?shù)碾妷骸?/span>