手机整体电源管理及其相关解决方案介绍

为了减小对大电感和大电容的需要以及减小纹波，提高开关频率是非常有效的办法。TI的TPS62040的开关频率达1.2MHz，当输出电流为1.2A时，外部电感只需6.2μH。今后TI还会推出开关频率更高的产品。

　　2. 电容式开关电源 —— 电荷泵

　　电荷泵是利用电容作为储能元件，其内部的开关管阵列控制着电容的充放电。为了减少由于开关造成的EMI和电压纹波，很多IC中采用双电荷泵的结构。电荷泵同样可以完成升压、降压和反转电压的功能。

　　由于电荷泵内部机构的关系，当输出电压与出入电压成一定倍数关系时，比如2倍或1.5倍，最高的效率可达90%以上。但是效率会随着两者之间的比例关系而变化，有时效率也可低至70%以下。所以设计者应尽量利用电荷泵的最佳转换工作条件。

　　由于储能电容的限制，输出电压一般不超过输入电压的3倍，而输出电流不超过300mA。

　　电荷泵特性介于LDO和电感式开关电源之间，具有较高的效率和相对简单的外围电路设计，EMI和纹波的特性居中，但是有输出电压和输出电流的限制。

　　二、 提高电能的使用效率

　　在手机中，减少能量的浪费、将尽量多的可用电能用于实际需要的地方，是省电的关键。

　　信号处理系统

　　信号处理系统（主要是信号处理器）是手机的核心部分，它如同人的心脏，会一直工作，因此它也是一个主要的手机电能消耗源。那么应如何提高它的效率呢？一般来说可采用以下两种方法。

　　方法1：分区管理。将处理某项任务时不需要的功能单元关掉，比如在进行内部计算时，将与外部通信的接口关断或使其进入睡眠状态。为了达到这一目的，手机中的信号处理器往往涉及很多个内部时钟，控制着不同功能单元的工作状态。另外，为不同功能块供电的电源电路是可以关断的。

　　方法2：改变信号处理器的工作频率和工作电压。目前绝大多数的信号处理器是用CMOS工艺制造的。在CMOS电路中，最大的一项功率损耗是驱动 MOSFET栅极所引起的损耗，其大小为Ploss= Cgf（Iout）Vin2， Cg为栅极电容，f为频率。可以看出功率损耗与频率和输入电压，即IC的电源电压的平方成正比。所以针对不同的运算和任务，把频率和电源电压降低到合适的值，可以有效地减少功率损耗。

　　TI的DVS（动态电压调整）技术有效地将处理器（如OMAP）与电源转换器连接成闭环系统，通过I2C 等总线动态地调节供电电压，同时调节自身的频率。TPS65010集成了充电电路、电感式DCDC和LDO。同时还可以通过I2C总线对各路输出电压进行调节，非常适合为OMAP和类似的处理器供电。

　　音频功率放大部分

　　音频功率放大器是手机中又一能量消耗大户，输出功率可达750mW，对于带有免提功能的手机可达2W。如何提高放大器的效率呢？传统的技术采用AB类线性放大器，其效率随输出功率变化，最好只有70%。使用D类功率放大器，利用PWM的方式，可使效率提高到85～90%。如TPA2010D1可以输出2W的功率，效率可达90%。

　　目前为了使设计者更方便地进行电源管理，一些厂商开发了电源管理的软件用于嵌入式操作系统。运用这类操作系统，可以有效地降低软件编制中的工作量，同时优化系统的电源管理。

　　电源管理对手持设备日趋重要。一个高效的系统是要将电源管理的观念贯穿于设计的每一个环节，并且平衡系统多方面因素设计完成的。随着半导体技术和电路设计技术的发展，会有越来越多的节能技术涌现，为手持产品的不断发展助力。