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平衡效率和尺寸――便携式设备电源管理面

  效力和解决计划的尺寸,是与电池供电手持装备的电源管懂得决计划亲密相干的两大因素。不过,以我的经验来看,它们却很少被手持装备设计人员或者最终用户所关注。有多少次我们听到或者谈论“该电源解决计划的效力为95%”?我承认,我也在很多次访问客户时使用这句话作为开场白。然而,我们又有多少次思考过“95%的效力”对于体系设计人员意味着什么呢?让我们从高效力电源调节的首要性开端讨论吧。

  区分电源调节的优先级

  幻想上,手持装备设计人员都愿意在自己的设计中为每种利用选用最高效力的解决计划。然而,更高效的电源调节通常意味着更大的解决计划尺寸,更长的资料清单以及更高的成本。相反地,手持装备行业的发展趋势却是更低的成本以及更小的外形因子,因此,手持装备设计人员不得不区分优先级,衡量轻重。

  首先处置手持装备中最耗电的部分是十分首要的。比如,使用开关电源为最大功耗约20mW的1.8V闪存供电将是个不错的计划。但由于其本身耗电很少,效力90%的开关电源与效力50%的LDO相比,在电池寿命上只有微不足道的改进。

  相反,低效力的背光显示解决计划功耗有可能高达2W,毫无疑问将损及器件的寿命。于是,第一步是确认最适当的部分,作为高效力电源调节的目的。作为一个电源解决计划供应商,我非常愿意辅助我的客户解决最困扰他们的问题。但是供应电源调节仅仅是第一步。挑衅在于如何使电池的能量尽可能地持久。

  尽可能减小能量耗费

  能量定义为功率和光阴的乘积。因此,让使用光阴最长的部件的运行功耗尽可能地小,这一点就相当首要。例如,手机的基带处置器从不关断,但差不多90%以上的光阴它都处于待机模式下。选择一款具有超低漏电流(几十微安)的电源IC可以使手机的工作光阴最大限度地延伸。

  节能的另一个策略是尽量减少体系中能量转换的次数,或者是尽量减少电池和终端利用之间的电源IC的数目。一款效力为90%的变压器依然会挥霍掉10%的能量。如果在电源通路中使用了两个这样的电源IC,调节的真正效力只有81%(0.9 x 0.9),这还没有斟酌电感等无源元件的额外功耗。

  这就是创新之要害所在。设计人员常常把注意力放在他们的具体利用上,但无视了电源设计。电源利用专家却能够在使用雷同变压器的条件下,通过优化体系能效的配置来改进这种情形。 举例讲,有时须要辨别应用一个升压型和降压型变压器,让电压先步升然后再步降。而更好的解决计划是使用一款降压-升压型变压器,在一步内同时完成这两种模式。

  优化电路板空间

  至于设计计划的尺寸,小尺寸电源IC并不必定意味着解决计划本身具有小尺寸。我们必需确保电容和电感等无源元件同时得到了优化。此外,我的一个经验法则是,对于手持装备解决计划,在要害路径的x、y或z方向上,电源IC不能是最大的元件。

  每个电源IC供应商以及用户都知道,效力和设计解决计划尺寸对于手持装备设计至关首要。实际上,这两大因素应当被视为下一代手持装备设计的主要条件。那么,电源管理器件还应当具备哪些特征呢?

  一个因素是易于使用。手持装备设计人员不是电源专家,他们更喜好简略些的解决计划。例如,使用无电感的电荷泵开关变压器比使用磁元件的解决计划进行设计更简略,因为设计人员不须要处置因电感而造成的更大尺寸,额外布局光阴,当然也无需处置电感发生的噪声问题。

  有必要为那些单干的设计人员们供应相干的开发工具和利用手册,他们正在孤军奋战,试图胜利开发出下一个相似iPod的产品呢。设计工具在便携市场一直被挣脱,因为厂商资源重要都集中在为大型OEM客户供应直接支撑上。我们须要更多的专用软件和网络工具资源来辅助大宗手持装备设计人员。

  手持装备市场具有非常刻薄的开发周期请求,以适应消费者不断变革的需求。因此,携式装备设计人员更喜好能够减少设计光阴的IC。一个手持装备设计解决计划是一个动态的实体,需不断地自我校订以供应最新的功效和利用。这意味着,须要新的电压轨以及输出电流值。对于设计人员来说,每次都须要寻找新的电源解决计划、对之进行评估、重新设计电路板、测试新体系,是很没有效力的事。

  另一首要因素是电源IC应具有必定水平的可配置性。数字接口,例如I2C,可以辅助设计人员转变电压和电流等其它参数。然而,I2C接口须要编写额外的软件,这对于消费类电子设计来讲是相当罕见的。因此,我们必需在模仿接口开发方面进行创新,让设计人员能够修正自己的解决计划,或更甚之,我们必需供应能够适应最终利用不断变革的需求的电源解决计划。

  传统的电源变压器规格,比如效力,已经接近一个饱和值。投资把开关变压器的效力从95%进步到96%利益甚少。而手持设计人员面临的重要电源挑衅仍然没有解决。如今有些非常好的电源管理IC,只要它们针对适当的问题,对体系设计人员就极为有用。

  另外,对于电源管理专家,有着很多的时机去定义新的器件,以支撑更高性能的手持装备。下一代手持电源管理IC将不仅仅是高效力的电源变压器,更是杰出的问题解决者。