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隨著便攜產品日趨小巧輕薄,，對
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便攜產品的電源設計需要系統(tǒng)級思維,，在開發(fā)手機、MP3,、PDA,、PMP、DSC等由電池供電的低功耗產品時,，如果電源系統(tǒng)設計不合理,，會影響到整個系統(tǒng)的架構,、產品的特性組合,、元件的選擇、軟件的設計以及功率分配架構等,。同樣,，在系統(tǒng)設計中，也要從節(jié)省電池能量的角度出發(fā)多加考慮,。例如,，現(xiàn)在便攜產品的處理器一般都設有幾種不同的工作狀態(tài),，通過一系列不同的節(jié)能模式(空閑、睡眠,、深度睡眠等)可減少對電池容量的消耗,。當用戶的系統(tǒng)不需要最大處理能力時，處理器就會進入電源消耗較少的低功耗模式,。
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從便攜式產品電源管理的發(fā)展趨勢來看,，需要考慮以下幾個問題：1. 電源設計必須要從成本、性能和產品上市時間等整個系統(tǒng)設計來考慮,；2. 便攜產品日趨小巧輕薄化,，必需考慮電源系統(tǒng)體積小、重量輕的問題,；3. 選用電源管理芯片力求高集成度,、高可靠性、低噪聲,、抗干擾,、低功耗，突破散熱瓶頸,，延長電池壽命,；4. 選用具有新技術的新型電源芯片進行方案設計，這是保證產品先進性的基本條件,，也是便攜產品電源管理的永恒追求,。
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便攜產品常用電源管理芯片包括：低壓差穩(wěn)壓器(LDO)、非常低壓差穩(wěn)壓器(VLDO),、基于電感器儲能的
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選用電源管理芯片時應注意：選用生產工藝成熟,、品質優(yōu)秀的生產廠家產品；選用工作頻率高的芯片,，以降低周邊電路的應用成本,；選用封裝小的芯片，以滿足便攜產品對體積的要求,；選用技術支持好的生產廠家,，方便解決應用設計中的問題；選用產品資料齊全、樣品和DEMO易于申請,、能大量供貨的芯片,；選用性價比好的芯片。
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LDO線性低壓差穩(wěn)壓器
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LDO線性低壓差穩(wěn)壓器是最簡單的
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LDO電流主通道在其內部是由一個MOSFET加一個過流檢測電阻組成，肖特基二極管作反相保護,，輸出端的分壓電阻取出返饋電去控制MOSFET的流通電流大小,，EN使能端可從外部去控制它的工作狀態(tài)，內部還設置過流保護,、過溫保護,、信號放大、
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低壓差穩(wěn)壓器的應用象三端穩(wěn)壓一樣簡單方便，一般在輸入,、輸出端各加一個濾波電容器即可,。電容器的材質對濾波效果有明顯影響，一定要選用低ESR的X7R & X5R陶瓷電容器,。
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LDO布線設計要點是考慮如何降低PCB板上的噪音和紋波,，如何走好線是一個技巧加經(jīng)驗的工藝性細活，也是設計產品成功的關鍵之一,。圖1說明了如何設計走線電路圖,，掌握好電流回流的節(jié)點，有效的控制和降低噪音和紋波,。優(yōu)化布線方案是值得參考的,。
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圖1：LDO布線電路方案
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如果一個驅動圖像處理器的LDO輸入電源是從單節(jié)鋰電池標稱的3.6V，在電流為200mA時輸出1.8V電壓,，那么轉換效率僅為50%,，因此在手機中產生一些發(fā)熱點，并縮短了電池工作時間,。雖然就較大的輸入與輸出電壓差而言,，確實存在這些缺點,，但是當電壓差較小時,，情況就不同了,。例如，如果電壓從1.5V降至1.2V,，效率就變成了80%,。
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當采用1.5V主電源并需要降壓至1.2V為DSP內核供電時，開關穩(wěn)壓器就沒有明顯的優(yōu)勢了,。實際上,，開關穩(wěn)壓器不能用來將1.5V電壓降至1.2V，因為無法完全提升MOSFET(無論是在片內還是在片外),。LDO穩(wěn)壓器也無法完成這個任務,，因為其壓差通常高于300mV。
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理想的解決方案是采用一個VLDO穩(wěn)壓器,，輸入電壓范圍接近1V,，其壓差低于300mV，內部基準接近0.5V,。這樣的VLDO穩(wěn)壓器可以很容易地將電壓從1.5V降至1.2V,，轉換效率為80%。因為在這一電壓上的功率級通常為100mA左右,，那么30mW的功率損耗是可以接受的,。VLDO的輸出紋波可低于1mVP-P。將VLDO作為一個降壓型開關穩(wěn)壓器的后穩(wěn)壓器就可容易地確保低紋波,。
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開關式DC/DC升降壓穩(wěn)壓器按其功能分成Buck開關式DC/DC降壓穩(wěn)壓器,、Boost開關式DC/DC升壓穩(wěn)壓器和根據(jù)鋰電池的電壓從4.2V降低到2.5V能自動切換降升壓功能的Buck-Boost開關式DC/DC升降壓穩(wěn)壓器。當輸入與輸出的電壓差較高時,，開關穩(wěn)壓器避開了所有線性穩(wěn)壓器的效率問題,。它通過使用低電阻開關和磁存儲單元實現(xiàn)了高達96%的效率，因此極大地降低了轉換過程中的功率損失,。
Buck開關式DC/DC降壓穩(wěn)壓器是一種采用恒定頻率,、電流模式降壓架構，內置主(P溝道MOSFET)和同步(N溝道MOSFET)開關,。PWM控制的振蕩器頻率決定了它的工作效率和使用成本,。選用開關頻率高的DC/DC可以極大地縮小外部電感器和電容器的尺寸和容量，如超過2MHz的高開關頻率,。開關穩(wěn)壓器的缺點較小,，通常可以用好的設計技術來克服,。但是電感器的頻率外泄干擾較難避免,，設計應用時對其EMI輻射需要考慮。
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圖2給出了Buck開關式
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圖2：Buck開關式DC/DC應用線路設計
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要得到一個運作穩(wěn)定和低噪音的高頻開關穩(wěn)壓器，需要小心安排PCB板的布局結構,，所有的器件必需靠近DC/DC,，可以把PCB板按功能分成幾塊，如圖3所示,。1. 保持通路在Vin,、Vout之間，Cin,、Cout接地很短,，以降低噪音和干擾；2. R1,、R2和CF的反饋成份必須保持靠近VFB反饋腳,，以防噪音；3. 大面積地直接聯(lián)接2腳和Cin,、Cout的負端,。
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DC/DC應用舉例：1. APS1006為MCU/DSP核(Core)供電；2. APS1006應用于電子礦燈(圖3),；3. APS1046應用于0.8-1.8'微硬盤供電(圖4),；4. APS1006、APS4070應用于智能手機(圖5),。
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圖3：APS1006應用于電子礦燈
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圖4：APS1046應用于0.8-1.8'微硬盤供電
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圖5：APS1006、APS4070在智能手機上的應用
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電荷泵及其應用技巧
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電容式電荷泵通過開關陣列和振蕩器,、邏輯電路,、比較控制器實現(xiàn)電壓提升,，采用電容器來貯存能量。電荷泵是無須電感的,，但需要外部電容器,。工作于較高的頻率，因此可使用小型陶瓷電容(1μF),，使空間占用最小,，使用成本低,。電荷泵僅用外部電容即可提供±2倍的輸出電壓,。其損耗主要來自電容器的等效串聯(lián)電阻(ESR)和內部開關晶體管的RDS(ON)。
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電荷泵轉換器不使用電感,，因此其輻射EMI可以忽略,。輸入端噪聲可用一只小型電容濾除。它輸出電壓是工廠生產時精密予置的,調整能力是通過后端片上線性調整器實現(xiàn)的,，因此電荷泵在設計時可按需要增加電荷泵的開關級數(shù),，以便為后端調整器提供足夠的活動空間。電荷泵十分適用于便攜式應用產品的設計,。從電容式電荷泵內部結構來看,，它實際上是一個片上系統(tǒng)。
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電荷泵是一種無幅射的有效升壓器件,，它不使用電感器而使用電容器作為儲能器件,。在設計應用時需要注意電容器的容量和材質對輸出紋波的影響。外部電容器的容量關系到輸出紋波,，在固定的工作頻率下,，太小的電容容量，將使輸出紋波增大,。輸出紋波大小與電容器材料介質有關,，外部電容器的材料類型關系到輸出紋波。同一電荷泵,，使用相同的容量和尺寸而不同材料類型的電容器,，輸出紋波的結果。在工作頻率固定,，電容器容量相同的情況下,，優(yōu)良的材料介質，將有效地降低紋波,。選用低ESR的X7R & X5R陶瓷電容器是一種比較好的選擇,。
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LCD Module(LCM)是目前CP、MP3/MP4,、PMP需求量較大的產品,，在有限的PCB面積上,，需要按裝LCD屏、數(shù)碼相機的鏡頭和閃光燈,、音頻
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電池充電管理芯片和鋰電池保護IC
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鋰電池充電IC是一個片上系統(tǒng)(SoC)，它由讀取使能微控制器,、2倍涓流充電控制器,、電流環(huán)誤差
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鋰電池保護電路是封裝在鋰電池包內的，它由一顆鋰電池保護IC和二顆MOSFET組成,。在圖6中,，OD代表過放電控制；OC代表過充電控制,；P+,、P-接充電器；B+,、B-接鋰電池,。鋰電池保護電路簡單工作原理如下：正常裝態(tài)M1,、M2均導通；過充電時M2 OC腳由高電位轉至低電位,，電閘關閉,，截止充電，實現(xiàn)過充電保護,；充電電流方向P+-->P-,；過放電時M1 OD腳由高電位轉至低電位，電閘關閉,，截止充放電,，實現(xiàn)過放電保護；放電電流方向P- -->P+,。
圖6：鋰電池保護電路
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鋰電池保護電路的PCB板是很小的,，設計時必須注意：1. MOSFET盡可能接近B-,、P-,；2. ESD防護電容器盡可能接近P+、P-,；3. 相鄰線間距>0.25mm,，通過電流大的線要放寬，地線加寬,。
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