用 IC 给移动设备供电变得更容易了

本文作者：

Tony Armstrong

凌力尔特公司  产品市场总监

引言

就像其他很多应用一样，低功率、高精度组件已经使移动设备出现了迅速增长。然而，与其他很多应用不同的是，面向工业、医疗及军事应用的便携式产品一般对可靠性、运行时间和坚固性的要求高得多。这类高要求产生的负担大部分落在了电源系统及其组件上。这类产品的一个共同特点是，必须在使用各种电源时正确工作且在各种电源之间无缝切换。因此，必须竭尽全力提供保护以及承受故障，在电池供电时最大限度延长运行时间，并确保只要存在有效电源，就能够可靠运行。

显然，满足这些需求所需电源管理集成电路 (PMIC) 必须允许应用由多种电源供电，其中可能包括交流适配器、USB 端口、汽车点烟器适配器或甚至锂离子电池。如果 PMIC 集成了电源通路 (PowerPathTM) 控制功能，那么这一要求可能很容易满足。这种方法确保系统电源保持不间断，并容许外部电源和电池电源之间以热插拔方式转换。在有些情况下，PMIC 中可能还包括电池充电器。如果这样，那么这种电池充电电路需要确保利用应用不需要的多余电量给电池充电。此外，内置保护电路有时是必要的，以抵御超过 30V 的外部过压故障。最后，无负载静态电流必须很低，以在很宽的负载及工作条件范围内提供最佳电源效率。这类功能对于任何产品的成功和实用性都是至关重要的。

行业趋势

尽管产品尺寸越来越小，但是对功能的需求却不断增加。此外，现在的业界趋势是，为移动产品供电的微处理器 (µP)、微控制器 (µC) 或现场可编程门阵列 (FPGA) 等尖端数字 IC 不断降低其工作电压，但与此同时却不断提高其安培数。在设计产品时，微处理器是最流行的器件，飞思卡尔、英特尔、NVIDIA、三星以及其他供应商所提供采用各种节电方式的产品也越来越多。这些产品用来跨多个细分市场，使多种便携式、无线及移动设备应用实现低功耗和很高的处理性能。

使用这些处理器最初的目的是，帮助 OEM 开发更小、更具成本效益、电池寿命更长的便携式手持设备，同时提供增强的计算性能，以运行功能丰富的多媒体应用。然而，非便携式应用现在也开始需要同样高的电源效率和处理性能了。例如，汽车信息娱乐系统和其他嵌入式应用都需要类似水平的电源效率和处理能力。在所有情况下，要正确控制和监视微处理器电源，以使这些处理器的性能优势全部发挥出来，就必须使用高度专业化、高性能的电源管理 IC。

如今的工业和医疗移动设备很多在电源加电以及给各种不同的电路加电时，都需要受控和经过精心设计的排序功能。实现系统灵活性及简单的排序方法不仅使系统设计更容易，也提高了系统可靠性，并使单个 PMIC 在系统中能够应对更广泛的组件，而不是仅满足一个具体的处理器的需求。

历史上，许多 PMIC 尚未拥有处理这些新式系统和微处理器所需的功率。任何旨在满足已简述之工业或医疗电源管理 IC 设计限制条件的解决方案都必须实现高集成度的整合，包括大电流开关稳压器和 LDO、宽工作温度范围、电源排序和重要参数的动态 I2C 控制以及难以制作的功能部件。此外，具高开关频率的器件允许使用更小的外部组件，同时陶瓷电容器可降低输出纹波。这种低纹波与准确、响应速度很快的稳压器相结合，可满足 45nm 型处理器苛刻的电压容限要求。这样的电源 IC 还必须能够满足严格的环境限制，诸如提供辐射抑制，即使输入电压直接由电池本身提供。

设计挑战

当今的智能手机和平板电脑设计师面临着前所未有的挑战。其中包括需要高性能电源管理系统，以顾及日益提高的系统复杂性和更高的功率预算。这些系统努力在较长电池运行时间、与多种电源的兼容性、高功率密度、小尺寸、有效的热量管理等相互排斥的目标之间实现最佳平衡。

所有智能手机和平板电脑的一个共同目标是，在目前的水平上，进一步降低它们所消耗的功率。任何系统的功耗都能够以两种方式应对：首先，跨整个负载电流范围最大限度提高转换效率；其次，降低 DC/DC 转换器在所有工作模式时的静态电流。因此，为了在降低系统功耗过程中发挥积极作用，电源转换和管理 IC 必须更高效，且在所有工作条件下，具备更低的功耗水平。

为了满足这些特定要求，凌力尔特在很多电源管理及转换 IC 中纳入了突发模式 (