智能型手机电源管理系统的设计
来源： 作者： 发布时间：2014-12-14 18:49:19 浏览量：整合解决方案
最新制程技术使得工程师更容易结合、迅速修改以及／或是利用现有的离散组件设计,以便提供不同整合程度的半导体芯片,例如通用的双通道交换式转换器和电源拒斥比很高而噪声很低的双信道线性稳压器、特殊应用白光二极管的电源供应以及行动电话、PDA和数字相机的多电源管理解决方案,这些产品都已开始供应。专门支持终端设备的电源组件则会内建各种外围,其范围从行动电话的响铃器和蜂鸣器到PDA的通用I/O接脚,例如图四整合解决方案所使用的TPS65010就是这类组件。
图五整合式解决方案
在此解决方案中,3.3VI/O电源是由SEPIC转换器提供,它让应用系统能充份利用锂离子电池电力,直到电池电压降至最低水平（大约2.7V）。和离散解决方案一样,稳压器输出也来自3.3V输入电源,以便提高工作效率。TPS65010采用48只接脚QFN封装,这些组件都内建FET晶体管。TPS61130SEPIC转换器采用4×4平方厘米QFN封装,并且内建FET晶体管,最高达到90％以上效率电感生产,TPS5100则是三通道输出控制器,专门用来提供电源给显示器。功率放大器和中央处理器电源使用的动态工字电感器电压调整技术可以改善每颗零件的效率,进而协助降低功耗。
离散或整合？
如何在离散或整合解决方案电容电感之间做出抉择？一般说来,整合组件的成本会低于同样等级的多颗离散零件;除此之外,如同(图六)的电路板布局所示,相较于执行同样功能的多颗离散零件,TPS扁平型电感65010以及与其搭配的被动零件只需较少的电路板空间,这主要是因为离散零件之间需要额外空间来容纳讯号线路。由于TPS65010还包含原来由离散零件提供的其它功能,例如电源供应顺序、振动器和二极管驱动组件,因此整合解决方案可以节省更多电路板面积。
图六TPS65010与同等级离散解决方案的电路板布比较
整合组件过去主要支持特殊应用,弹性也不是很高,因此在设计流程后期,它们就无法再进行重大的设计变更。然而新的制程技术,包括支持可程序输出电压以及封装后调整的整合式EEPROM,却使得工程师能以更低成本,更简单快速的对现有组件（也就是不同固定输出电压的组件）重复进行简单修改。另一方面,整合组件的供货商通常只有一家,这可能迫使厂商必须采用离散解决方案。
未来挑战
消费者想要操作时间更长的智能型手机,新发展的半导体制程技术已能减少泄漏电流和阻抗（有时透过铜覆盖层）,使得FET晶体管的静态电流更低,导通阻抗也变得更小。然而不同于持续进步中的半导体技术,电池技术却没有任何重大进展,无法在不增加电池体积的情形下延长供电时间。
电容器技术的某些进展使得充电电池和电容器之间的界限日益模糊,许多可携式产品已开始使用高能量超级电容器（supercapacitor）,做为消费者更换电池时的暂时电力来源;另外,高能量暨高功率的超高电容器（ultracapacitor）还能在短时间内提供很大电流,让电池不必瞬间供应庞大电力,可以延长电池的使用时间。这些超高电容器会整合至电池封装内,并在系统电力需求不太高时,利用微小电流充电。燃料电池近来是热门话题,但由于外形包装尚未标准化,使得燃料电池的广泛应用受到影响,商业化过程也不太顺利。燃料电池的输出瞬时响应也很糟糕,因此至少在最初阶段,燃料电池只会做为普通电池的补强装置,无法完全取代普通电池。
消费者还希望产品的体积更小,功能更加强大,创新的电源管理组件设计以及封装和制程技术的进步都能帮助实现此目标。日益精密的制程技术可以制造出越来越小的FET晶体管,让晶粒和封装的体积更小,工作电压更低,闸极电容更少,使得晶体管的开关速度更快
—对于以电感为基础的交换式电源供应,更快的开关速度意味着更小的电感。新封装技术则能在更小的封装中容纳更多功能,并且承受更大的功耗,例如内建FET开关的锂离子电池线性充电组件bq24010就采用3×3平方厘米的QFN封装,它在普通室温环境下,最高能承受1.5W功耗。
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