低功耗手持多媒体终端硬件平台的研究

4 电源产生

锂离子电池是目前应用最为广泛的锂电池，可充电的锂离子电池的额定电压为3.6V(有的产品为3.7V)。充满电时的终止充电电压与电池阳极材料有关：阳极材料为石墨的4.2V；阳极材料为焦炭的4.1V。不同阳极材料的内阻也不同，焦炭阳极的内阻略大。锂离子电池的放电曲线平坦，终止放电电压为2.5V～2.75V。在通常的固定频率DC/DC变换器中,主要有三类功率损失：（1）负载电流相关的损失，主要包括MOSFET的导通电阻、二极管正向导通压降、电感电阻、电容等效串联电阻；（2）开关频率相关的损失有MOSFET的输出电容栅极电容及门驱动损失等；（3）其它固定损失，如MOSFET、二极管、电容泄漏电流损失。在大负载电流时，主要是电流相关功率损失，在小负载情况下，主要是频率相关功率损失。在负载电流范围较宽时，采用调频方式效率更高[9]。文献[10]讨论了在断续导通和连续导通模式时提高效率的控制方法。很多DC/DC变换器都能以固定频率或在轻负载时以跳脉冲方式工作。这两种方式切换可由芯片外部控制（如TI的TPS60110、LINEAR的LTC3440），也可由芯片内部自动控制，如Philips的TEA1207。如果由芯片管脚控制，则由ARM控制：ARM处理器控制各个功能模块掉电或者空闲,分别测出功能模块不同状态下的工作电流，并根据负载电流值，结合电源芯片的两种模式下的效率曲线或者其它电路参数，选择高效率的工作方式。

OMAP 应用平台需要多种电源，如用于核的1.6V,用于FLASH、SDRAM的1.8V或者2.75V, 用于USB或者模拟音频的3.3V，用于USB接口的5V，用于LCD供电的±15V等。先升压到5V，再用线性稳压器LDO降到低电压1.5、1.8、2.5、2.8、3.0、3.3V等的方法效率较低，尤其是低电压。TI的innovator主板上的1.6V、2.7V、3.1V、3.3V是这样产生的：电池电压经过TPS60110(四片并联输出)得到5V，再分别经过TPS76701 LDO线形稳压得到1.6V、2.7V、3.1V、3.3V。采用cuk 电容变换器和低压差线形稳压芯片LDO的优点是不需电感、使用方便、成本低。采用以下方法提高电源效率：输出电压低于锂电池最小放电电压时，如2.5V、1.8V、1.6V，选择单纯的buck 电感变换器；当输出电压高于锂电池最大放电电压时，采用单纯的boost 电感变换器。采用输入电压降到2.5V时仍能正常工作的下变换芯片，能延长放电时间。对于3.3V，可使用LINEAR公司单片BUCK-BOOST 电感变换器如LTC3441f，在负载200mA、3.3V输出时，在锂电池放电电压范围内效率高达90％。LTC3441占空比只能达到(1－150ns×f)%。可设计BUCK-BOOST 电感变换器，在锂电池放电电压下降到接近或等于器件工作电压时，用作buck 变换器时占空比达到100％，即输入电压通过电感到达输出，没有开关切换，没有高频切换损失，效率将达到最高。因为很多芯片都有较宽的电压范围，如28F128J3A VCC=2.7~3.6V,VCCQ=2.7~3.6V； ADS7846 VCC=2.2~5.25V；LAN91C96 VCC=3.3V±10%； AT24C04 VCC=1.8~5.5V。锂离子电池在3.3V左右放电时间较长，能更大限度提高电源效率，延长电池寿命。

下面是电源方案：
锂电池→TEA1200（或TEA1201TS）→1.5V(或者1.8V)；
锂电池→LTC3441→3.3V(或者1.8V,3.0V,5V) (效率可高达96％);
锂电池→TEA1200（或TEA1201TS，TPS60110）→5V(效率可高达95％)。
在手持设备中，一节锂电池供电，输出多种电压电源。电池工作时间长短，不仅取决于各器件的低功耗、电源变换器的能源效率，还取决于系统对器件的功耗管理和软件功耗。