利用手機(jī)整體電源管理及解決方案提高電能的轉(zhuǎn)化效率

2. 電容式開關(guān)電源 —— 電荷泵

電荷泵是利用電容作為儲(chǔ)能元件，其內(nèi)部的開關(guān)管陣列控制著電容的充放電。為了減少由于開關(guān)造成的EMI和電壓紋波，很多IC中采用雙電荷泵的結(jié)構(gòu)。電荷泵同樣可以完成升壓、降壓和反轉(zhuǎn)電壓的功能。

由于電荷泵內(nèi)部機(jī)構(gòu)的關(guān)系，當(dāng)輸出電壓與出入電壓成一定倍數(shù)關(guān)系時(shí)，比如2倍或1.5倍，最高的效率可達(dá)90%以上。但是效率會(huì)隨著兩者之間的比例關(guān)系而變化，有時(shí)效率也可低至70%以下。所以設(shè)計(jì)者應(yīng)盡量利用電荷泵的最佳轉(zhuǎn)換工作條件。

由于儲(chǔ)能電容的限制，輸出電壓一般不超過輸入電壓的3倍，而輸出電流不超過300mA。

電荷泵特性介于LDO和電感式開關(guān)電源之間，具有較高的效率和相對(duì)簡(jiǎn)單的外圍電路設(shè)計(jì)，EMI和紋波的特性居中，但是有輸出電壓和輸出電流的限制。二、 提高電能的使用效率

在手機(jī)中，減少能量的浪費(fèi)、將盡量多的可用電能用于實(shí)際需要的地方，是省電的關(guān)鍵。

1.信號(hào)處理系統(tǒng)

信號(hào)處理系統(tǒng)(主要是信號(hào)處理器)是手機(jī)的核心部分，它如同人的心臟，會(huì)一直工作，因此它也是一個(gè)主要的手機(jī)電能消耗源。那么應(yīng)如何提高它的效率呢?一般來(lái)說可采用以下兩種方法。

方法1：分區(qū)管理。將處理某項(xiàng)任務(wù)時(shí)不需要的功能單元關(guān)掉，比如在進(jìn)行內(nèi)部計(jì)算時(shí)，將與外部通信的接口關(guān)斷或使其進(jìn)入睡眠狀態(tài)。為了達(dá)到這一目的，手機(jī)中的信號(hào)處理器往往涉及很多個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘，控制著不同功能單元的工作狀態(tài)。另外，為不同功能塊供電的電源電路是可以關(guān)斷的。

方法2：改變信號(hào)處理器的工作頻率和工作電壓。目前絕大多數(shù)的信號(hào)處理器是用CMOS工藝制造的。在CMOS電路中，最大的一項(xiàng)功率損耗是驅(qū)動(dòng) MOSFET柵極所引起的損耗，其大小為Ploss= Cgf(Iout)Vin2， Cg為柵極電容，f為頻率。可以看出功率損耗與頻率和輸入電壓，即IC的電源電壓的平方成正比。所以針對(duì)不同的運(yùn)算和任務(wù)，把頻率和電源電壓降低到合適的值，可以有效地減少功率損耗。

TI的DVS(動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整)技術(shù)有效地將處理器(如OMAP)與電源轉(zhuǎn)換器連接成閉環(huán)系統(tǒng)，通過I2C 等總線動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)供電電壓，同時(shí)調(diào)節(jié)自身的頻率。TPS65010集成了充電電路、電感式DCDC和LDO。同時(shí)還可以通過I2C總線對(duì)各路輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，非常適合為OMAP和類似的處理器供電。

2.音頻功率放大部分

音頻功率放大器是手機(jī)中又一能量消耗大戶，輸出功率可達(dá)750mW，對(duì)于帶有免提功能的手機(jī)可達(dá)2W。如何提高放大器的效率呢?傳統(tǒng)的技術(shù)采用AB類線性放大器，其效率隨輸出功率變化，最好只有70%。使用D類功率放大器，利用PWM的方式，可使效率提高到85～90%。如TPA2010D1可以輸出2W的功率，效率可達(dá)90%。

目前為了使設(shè)計(jì)者更方便地進(jìn)行電源管理，一些廠商開發(fā)了電源管理的軟件用于嵌入式操作系統(tǒng)。運(yùn)用這類操作系統(tǒng)，可以有效地降低軟件編制中的工作量，同時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)的電源管理。

電源管理對(duì)手持設(shè)備日趨重要。一個(gè)高效的系統(tǒng)是要將電源管理的觀念貫穿于設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，并且平衡系統(tǒng)多方面因素設(shè)計(jì)完成的。隨著半導(dǎo)體技術(shù)和電路設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，會(huì)有越來(lái)越多的節(jié)能技術(shù)涌現(xiàn)，為手持產(chǎn)品的不斷發(fā)展助力。