浅谈智能手机电源管理解决方案趋势与展望

限制地持续下去，可以预想对电源的要求会越来越高。我们可以参考ITRS在2001年对CPU供电电压和电流的预测，其预测在2012年前后核心处理芯片的供电电压将低至0.75V以下，基本上来看该预测结果是符合实际情况的。

　　多相交错并联结构

　　多相交错并联结构技术适用于高频、低压大电流场合，能满足DC-DC变换器日益提高的可靠性、效率和功率密度的要求，已成为小功率直流变换器研究领域的重要内容之一。尤其在智能移动产品中，需要电源芯片有更高的效率、更快的动态性能以及更小的干扰。多相交错并联电路的等效开关频率增加到原来频率的n倍（n为并联相数），因此受到开关频率限制的临界带宽限制也可以相应地提升。例如，在保持输出单相开关频率与总电容值基本不变情况下，通过并联多个高频磁片电容减小ESR，临界带宽会变宽而临界电感变小。此时通过增加带宽到此ESR对应的临界带宽和减小每相输出电感量到临界电感量的手段，瞬态输出纹波的最小值可以减小，动态特性可以提升。总的来说，多相交错并联技术可以在不增加直流变换器开关频率的基础上，不但减小了输出纹波和输出电容，而且可以一定程度上改善输出动态响应。反之，如果维持与单相buck变换器相同的输出纹波和输出电容，则可将多相交错并联变换器的开关频率降为1/n（n为并联的相数），这样就能显著降低开关损耗，提高效率。

　　与传统的单相buck变换器相比多相交错并联结构增加了一个或多个变换通道，每个变换器通道的控制信号相位间隔360o/n。这样做的好处是：a） 功率平均分配在各个通道中，散热性能良好，芯片设计简单；b） 输出电流可以达到更大，工作电压可低至1V以下；c） 等效工作频率是原来的n倍，加快了负载的瞬态响应速度，降低了输出纹波；d） 反之，维持同样的响应速度和输出纹波可以降低开关频率，提高效率，改善热性能；e） 可以使用更小的输出电感和电容等输出元件，PCB布局得到改善。总之，多相交错并联buck变换器即将出现在智能手机的应用中，满足应用处理器、图形处理器等低电压、大电流核心芯片不断发展的需求。

　　单电感多路变换器

　　单电感多路输出DC-DC变换器（SIMO）是利用单个电感实现多路输出的直流变换器，因其高效灵活又节约成本得到了学术界与产业界的广泛研究与关注，并出现在手机电源方案中。单电感多路变换器可以实现多路buck变换器、多路boost变换器甚至多路buck、boost、负压混合变换器。结构和控制虽然比较复杂，但在手机电源的应用领域由于其突出特点和优势，将会改善电源管理单元（PMU）片外元件的电感数量以及PCB走线布局。作为单电感多路输出变换器的基本拓扑分析，这里给出单电感双路输出变换器（SIDO）的拓扑及控制结构，如图2所示。

　　从图中可以看到，变换器有两个输出，但共用一颗电感，比传统的双路buck变换器少一颗电感。如果这种拓扑在PMU中实现，那么节省下来的电感则更多，这种拓扑的优势越发明显。但由于在每路输出端均串入一开关管，所以势必会大大提高输出纹波。有研究者提出，如果在两路输出端之间并入一颗飞跨电容Cf，则能大大降低输出的纹波值。有数据说明，在电感电流连续（CCM）状态以及一定的输入/输出电压下，输出电压纹波能够优化到30mV左右。

　　除了优化PMU片外元件以及PCB布局走线外，单电感多路变换器还可以实现升压/负压输出，以满足AMOLED的应用。

　　结论

　　综上所述，智能移动产品的功能与性能将不断强化和提升，电源方案也必须要满足系统在尺寸、空间、效率、输出电压品质以及动态特性等各个方面的要求。为了适应新的应用要求与技术发展方向，未来多相交错并联技术和单电感多路输出变换器技术将在智能移动产品电源解决方案中得到广泛应用。