當(dāng)今電子產(chǎn)品中要加入的功能越來越多，各功能對電源的需求也各不相同，因此推動了電源管理技術(shù)的發(fā)展。例如集成無線設(shè)備的代表智能電話便結(jié)合了多種功能于一身，包括蜂窩電話、PDA、數(shù)碼相機、音樂播放器及全球定位系統(tǒng)(GPS)，各子系統(tǒng)都會對電源提出不同的要求。本文將討論先進智能電話設(shè)計中在子系統(tǒng)電源管理方面應(yīng)考慮的因素。
先進的智能電話系統(tǒng)(配有手機和AC適配器/充電器)由五個主要電路板組成：顯示板、基帶主板、按鍵板、鋰離子電池板及AC適配器板，同時它還要為數(shù)碼相機、藍牙或其它功能提供附加模塊。相應(yīng)地，電源管理也分成五個子系統(tǒng)。我們將從電源管理芯片的角度分析這些子系統(tǒng)，其中包括集成電路和分立器件如LED。這些子系統(tǒng)分別是(圖1)：
1) 顯示板上的LED驅(qū)動器IC及四個白光LED
2) 按鍵板上的LED驅(qū)動器及八個白光或藍光LED
3) 主板上的電源管理IC
4) 電池組中的鋰離子保護電路和電量測量IC及MOSFET
5) AC適配器板中的離線控制IC
顯示板子系統(tǒng)
單色顯示器的背光可由不同顏色LED組成，一般都是采用四個相同顏色的LED燈，而智能電話的彩色薄膜晶體管(TFT)液晶顯示器(LCD)僅需要白色背光。白光LED二極管的正向?qū)妷狠^低，約為2.7V，只需簡單的DC電流即可發(fā)光。因此，電壓為3.1V的DC電源VDD必須為這些器件施加偏壓。由于偏置電壓低，所以四個LED可直接使用單個鋰離子電池供電，而鋰離子電池恰好也是蜂窩電話的供電源。單片四LED驅(qū)動器(如飛兆半導(dǎo)體的FAN5613)采用微型MLP 8引腳封裝，可為每個二極管提供40mA偏置電流(圖2)。由于長時間電流控制會影響色彩的一致性，因此可通過開關(guān)引腳，采用脈寬調(diào)制電源激勵LED，以增強色彩的逼真度。
按鍵板子系統(tǒng)
與顯示板的配置類似，按鍵板也是采用LED燈照明，并通常使用八個白光或藍光LED。如果使用藍色背光，可用八個QTLP601C-EB InGaN/藍寶石表面安裝LED，并由兩個FAN5613 LED驅(qū)動器驅(qū)動。
主電路板
絕大多數(shù)電子元器件都集中在主電路板上，從基帶DSP、應(yīng)用MCU到收發(fā)器及模擬接口。其中，每個模塊均由專用穩(wěn)壓器供電。隨著智能電話的復(fù)雜度不斷增加，對電源管理的要求也愈發(fā)嚴(yán)格。要達到這個要求，可采用基帶處理器內(nèi)的“電源管理器”，通過邏輯信號與外界進行通信。在電源方面，穩(wěn)壓器可以接收邏輯信號并執(zhí)行相應(yīng)的操作。
在某些情況下，所有穩(wěn)壓器要求通過直接邏輯信號就可進入低功耗操作、休眠模式或關(guān)機模式。而另外在為基帶處理器供電時，電源管理則變得更加復(fù)雜，需要電壓源隨所處理任務(wù)的變化而改變，并提供剛好足夠所需要的功率，不多不少。這種情況下，穩(wěn)壓器需要與D/A轉(zhuǎn)換器及串行總線耦合，以便與主微控制器進行通信。盡管這種技術(shù)聽起來有些不尋常，但這樣的電源管理方案在筆記本電腦及其它一些電池供電的設(shè)備中卻很常見，并早就超過了智能電話今日才達到的復(fù)雜性，筆記本電腦所采用的電源管理方案目前廣為采用的包括英特爾的Speedstep及AMD的PowerNow。
圖3是主電路板分布式電源管理方案結(jié)構(gòu)，該方案將簡單的降壓轉(zhuǎn)換器、SMBus串行至并行接口組合在一起，讓CPU能以5位D/A轉(zhuǎn)換器分辨率驅(qū)動Vcore電源。開關(guān)與線性穩(wěn)壓器結(jié)合，可在簡單與高性能之間取得最佳平衡，并通過一個專用邏輯引腳即能關(guān)閉所有器件。
電池子系統(tǒng)
電池組內(nèi)的電源管理主要包括鋰離子電池保護電路、電量測量IC及MOSFET。保護電路可測量電池電壓，一旦發(fā)現(xiàn)超出充電閾值即打開旁路晶體管。電量測量可用于顯示電池充電的狀態(tài)，預(yù)測電池供電操作的剩余時間(圖4)。
AC適配器
AC適配器板可進行AC線路整流，將電壓降至可由主電路板控制的直流低電壓，或直接轉(zhuǎn)換為單個鋰離子電池所需的恒定電流/電壓充電算法(此時它既作為適配器又起著充電器的作用)，只在前者情況下主電路板上才需要充電電路。圖5顯示了單個鋰離子電池AC適配器/充電器電路，它基于離線開關(guān)結(jié)構(gòu)，可達到最佳工作效率。在這個例子中，高壓產(chǎn)品FSDH0165直接通過AC線路供電，并集成了功率DMOS晶體管以降低復(fù)雜度。
本文結(jié)論
如今的移動電話所采用的電源管理通常分為五個主要子系統(tǒng)，每個系統(tǒng)具有各自的集成特性。主電路板需要很多低壓電源，因此集成度較高;與之相反，AC適配器(或適配器/充電器)需要高壓(600-800V)及相對于低壓側(cè)的流電隔離;按鍵板和顯示器板可采用相同的技術(shù)，即LED和LED驅(qū)動器;而電池組內(nèi)的電路則是另一個獨特的區(qū)域，需要真正的混合信號技術(shù)進行電量測量和保護。
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