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手机整体电源管理技术及其解决方案

2013-08-12 17:22
老猫
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  ,随着手机的功能越来越多,用户对手机电池的能量需求也越来越高,现有的锂离子电池已经越来越难以满足消费者对正常使用时间的要求。对此,业界主要采取两种方法,一是开发具备更高能量密度的新型电池技术,如燃料电池;二是在电池的能量转换效率和节能方面下功夫。

  为手机提供电能的技术在最近几年虽有不少创新和发展,但是还远远不能满足手机功能发展的需要,因此如何提高电源管理技术并延长电池使用寿命,已经成为手机开发设计中的主要挑战之一。

  一个功能完善的手机正常工作时的时间分配比例大致如图1:

手机正常工作时的时间分配比例

  除此以外还有很多其它的功能所造成的功耗,这么多的用电量对于区区900mAH的电池来说,无疑是巨大的。因此,在当前新的电池技术还不够成熟的情况下,要想尽可能地延长手机工作时间,就只能在电源管理上做文章。

  不过,设计者首先必须明白消费者对手机的要求,这主要体现在以下几个方面:第一,体积小。这要求提高系统的集成度,缩小元器件的封装体积,减小PCB板的面积,这可能会增加设计中解决电磁干扰(EMI)的难度。第二,重量轻。要求使用高效能的电池,在有限的体积和重量下,提高电池的能量密度。目前大部分手机都使用单节锂离子或锂聚合物的电池,容量为850~1000mAH。第三,通话时间长。要求提高工作时对电池中电能的转换效率,减少待机时的漏电电流,提高使用效率。第四,价格便宜。要求产品的方案集成度高,分立器件少而且成本低廉。第五,产品更新快。要求元器件简单易用、便于设计使用,硬件软件平台统一,便于增加新的功能和特色。

  因此,手机的电源管理要在进行手机系统方案设计时综合考虑,平衡省电、成本、体积和开发时间等多种因素,进行最佳选择。总的来讲,可以从提高电能的转化效率和提高电能的使用效率两方面着手进行手机的整体电源管理。

  一、 提高电能的转化效率

  随着对电源管理要求的不断提高,手持设备中的电源变换从以往的线性电源逐渐走向开关式电源。但并非开关电源可以代替一切,二者有各自的优势和劣势,适用于不同的场合。

  线性电源 —— LDO(低压降稳压器)

  LDO具有成本低、封装小、外围器件少和噪音小的特点。在输出电流较小时,LDO的成本只有开关电源的几分之一。LDO的封装从SOT23到SC70、QFN,直至WCSP (晶圆级芯片封装),非常适合在手持设备中使用。对于固定电压输出的使用场合,外围只需2到3个很小的电容即可构成整个方案。

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