不同的應(yīng)用，要求不同的設(shè)計(jì)參量。必須考慮系統(tǒng)尺寸、效率、靈活性和外部元件數(shù)，這些都要適合最終目的。

　　小尺寸對(duì)于手機(jī)用集成電路是重要的。然而，在導(dǎo)航系統(tǒng)中，由于是大顯示和大形狀因數(shù)，所以體積不是關(guān)鍵性問(wèn)題。所設(shè)計(jì)的導(dǎo)航系統(tǒng)一次只工作幾小時(shí)。固定在汽車(chē)儀表盤(pán)上的導(dǎo)航系統(tǒng)，由連接到汽車(chē)電池的12V適配器供電。適配器通常包含預(yù)穩(wěn)壓器來(lái)提供5V DC。通常用輸入電壓充電鋰離子電池。電池充電器可以帶或不帶電源通路。

　　對(duì)于不帶電源電路的充電器，電池是直接連接到負(fù)載，由充電器提供的電流在負(fù)載和電池之間分開(kāi)。假若關(guān)斷應(yīng)用和沒(méi)有負(fù)載電流，則充電器提供的全部電流充電電池。當(dāng)應(yīng)用接通時(shí)，充電電流降低，其部分電流用在應(yīng)用中。然而，不能斷定進(jìn)入電池的電流，僅僅知道用于電池和應(yīng)用的充電器總輸出電流。

　　拓?fù)?/p>

　　在第二種充電器拓?fù)渲?，一個(gè)開(kāi)關(guān)把電池和負(fù)載分離。若到充電器沒(méi)有輸入電壓，則開(kāi)關(guān)閉合，而電池連接到輸出，對(duì)應(yīng)用供電。當(dāng)連接外部電源時(shí)，電池到電源輸出的開(kāi)關(guān)打開(kāi)，而充電器輸入到電源輸出的第二個(gè)開(kāi)關(guān)閉合。輸入電壓不是直接連接到輸出就是預(yù)調(diào)整到高于電源電壓100mV或到一個(gè)固定電壓。第二個(gè)電路獨(dú)立充電電池。帶電源通路的充電器提供限制輸入電流(來(lái)自汽車(chē)適配器或來(lái)自USB總線)的選擇。可以獨(dú)立設(shè)置充電電流。電池的充電電流不依賴負(fù)載，充電終端負(fù)載是精確的，而假若是外部供電，則輸出電壓可以等于輸入電壓。

　　與所用充電器類型有關(guān)的電源，其輸入電壓范圍是不同的。最小工作電壓通常由鋰離子電池的最小電壓確定，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的鋰離子電池、其最小電壓可低到3V。最大電壓依賴于充電器。沒(méi)有電源通路的充電器(圖2)，最大電壓等于最大電池電壓(一般為4.2V)。對(duì)于帶電源通路的充電器(圖3)，此電壓可上升到5V以上。因此，希望電源在整個(gè)輸入范圍都具有良好的效率。這對(duì)于在電源芯片上集成有LDO(低壓降線性穩(wěn)壓器)是重要的，因?yàn)槠湫手饕蕾囉诳缃釉谕吩系碾妷?，此電壓由輸入和輸出電壓的電壓差確定。

　　圖2 無(wú)電源通路的充電器

　　圖3 帶電源通路的充電器[!--empirenews.page--]

　　對(duì)集成電路方案，不必把電池充電器集成到電源管理單元(PMU)中。充電器可以配上適用的輸入源和電池。充電器可以安置在靠近電池或輸入連接器處，而PMU可放置在靠近所供電的處理器處。

　　集成電源選擇方案

　　也有用于顯示和顯示背光及音頻編譯碼器的集成電源方案。集成幾個(gè)單元的器件變成用戶專門(mén)器件。例如，TPS65024XPMU(圖1)包含三個(gè)降壓變換器，專門(mén)用于手機(jī)的I/O、存儲(chǔ)器和芯核電壓。另外三個(gè)LDO為需要非常低紋波，或低電流的電源電壓提供電壓軌。LDO1和LDO2可提供200mA輸出電流，LDO3是專門(mén)的電壓軌(Vdd-alive)，當(dāng)應(yīng)用處理器處于休眠模式時(shí)，需要接通它。輸出電流能力是30mA，而LDO3電源電流僅為10?A，保持在休眠模式下盡可能小的來(lái)自電池的電流。

　　圖1 TPS65024框圖

　　最佳選擇所有器件是具有低靜態(tài)電源電流，不需要提供任何電流到輸出，但仍然保持輸出電壓。此參量對(duì)于待機(jī)模式下工作長(zhǎng)時(shí)間是關(guān)鍵性的。低靜態(tài)電源電流改善待機(jī)時(shí)間，而且對(duì)于DC/DC變換器非常低輸出電流下的效率也是一個(gè)重要參量。[!--empirenews.page--]

　　高效率

　　DC/DC變換器(即降壓變換器)的效率受3個(gè)因數(shù)影響。在高輸出電流下，效率主要由內(nèi)部電源開(kāi)關(guān)的電阻決定，所以低電阻是重要的。

　　在降壓變換器中，工作在固定頻率脈寬調(diào)制(PWM)模式，占空比依賴于輸入/輸出電壓比。對(duì)于低輸出電壓，內(nèi)部低端開(kāi)關(guān)(NMOS)導(dǎo)通時(shí)間遠(yuǎn)長(zhǎng)于高端開(kāi)關(guān)(PMOS)。對(duì)于高輸出電壓，大部分時(shí)間是高端開(kāi)關(guān)導(dǎo)通。

　　對(duì)于10mA~200mA范圍內(nèi)的輸出電流，開(kāi)關(guān)電阻不是損耗的主要考慮，而電源開(kāi)關(guān)的柵極電荷和電感器損耗決定效率。適合的開(kāi)關(guān)頻率到輸出電流是在此工作范圍內(nèi)保持高效率的關(guān)鍵技術(shù)，此技術(shù)稱之為脈沖頻率模式(PFM)。PFM提供給輸出一恒定能量，結(jié)果在高輸出電流有較高的開(kāi)關(guān)頻率、在低出電流有低開(kāi)關(guān)頻率(具有低開(kāi)關(guān)損耗)。在變換器有非常低輸出電流時(shí)，由靜態(tài)電流電源引起的恒定損耗決定效率。

　　TPS650240對(duì)于Samsung應(yīng)用處理器應(yīng)用是最佳的(表1)，這種應(yīng)用處理器要求1V(在低電壓模式)和1.3V(在正常工作模式)芯核電壓。為使外部元件最少，降壓變換器1具有固定3.3V或2.8V輸出(專用于I/O電壓)。變換器2是用于2.5V或1.8V存儲(chǔ)器。變換器3的輸出電壓可在1V和1.3V之間變化，這取決于數(shù)字輸入(DEFDCDC3)的狀態(tài)(見(jiàn)圖4)。因此，不需要外部元件來(lái)設(shè)置兩個(gè)降壓變換器的電壓。為了保持靈活性，可以連接一個(gè)外部電壓分壓器來(lái)設(shè)置變換器1和2輸出電壓在0.6V到輸入電壓(Vbat)范圍(圖4)。

　　圖4 設(shè)置變換器1和變換器2的輸出電壓

　　表1 TPS65024X功能

　　TPS65024X中的兩個(gè)LDO具有一個(gè)分開(kāi)的輸入電壓引腳，可使1.5V~6.5V范圍內(nèi)的任何電壓供電LDOS。LDO3由輸入電壓引腳Vcc內(nèi)部供電。另外，內(nèi)部的電壓比較器可以用于檢測(cè)電壓是否低于一定的閾值，并告警應(yīng)用處理器。所有的TPS650240X器件都設(shè)計(jì)成在電壓和電流范圍內(nèi)最高效率時(shí)保持損耗最小。(彭京湘)