隨著手機(jī)的功能越來越多,，用戶對手機(jī)電池的能量需求也越來越高,，現(xiàn)有的鋰離子電池已經(jīng)越來越難以滿足消費(fèi)者對正常使用時(shí)間的要求。對此,，業(yè)界主要采取兩種方法，一是開發(fā)具備更高能量密度的新型電池技術(shù),，如燃料電池；二是在電池的能量轉(zhuǎn)換效率和節(jié)能方面下功夫,。
為手機(jī)提供電能的技術(shù)在最近幾年雖有不少創(chuàng)新和發(fā)展,，但是還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足手機(jī)功能發(fā)展的需要，因此如何提高電源管理技術(shù)并延長電池使用壽命,，已經(jīng)成為手機(jī)開發(fā)設(shè)計(jì)中的主要挑戰(zhàn)之一,。
同時(shí)，設(shè)計(jì)者還必須明白消費(fèi)者對手機(jī)的要求,，這主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一,，體積小。這要求提高系統(tǒng)的集成度,，縮小元器件的封裝體積,，減小 PCB板的面積，這可能會(huì)增加設(shè)計(jì)中解決電磁干擾（EMI）的難度,。第二,，重量輕。要求使用高效能的電池,，在有限的體積和重量下,，提高電池的能量密度。目前大部分手機(jī)都使用單節(jié)鋰離子或鋰聚合物的電池,，容量為850-1000mAH,。第三，通話時(shí)間長,。要求提高工作時(shí)對電池中電能的轉(zhuǎn)換效率,，減少待機(jī)時(shí)的漏電電流，提高使用效率,。第四,，價(jià)格便宜。要求產(chǎn)品的方案集成度高,，分立器件少而且成本低廉,。第五，產(chǎn)品更新快,。要求元器件簡單易用,、便于設(shè)計(jì)使用，硬件軟件平臺統(tǒng)一,，便于增加新的功能和特色,。
因此，手機(jī)的電源管理要在進(jìn)行手機(jī)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮，平衡省電,、成本,、體積和開發(fā)時(shí)間等多種因素，進(jìn)行最佳選擇,?？偟膩碇v，可以從提高電能的轉(zhuǎn)化效率和提高電能的使用效率兩方面著手進(jìn)行手機(jī)的整體電源管理,。
一,、提高電能的轉(zhuǎn)化效率
隨著對電源管理要求的不斷提高，手持設(shè)備中的電源變換從以往的線性電源逐漸走向開關(guān)式電源,。但并非開關(guān)電源可以代替一切,，二者有各自的優(yōu)勢和劣勢，適用于不同的場合,。
線性電源
LDO 具有成本低,、封裝小、外圍器件少和噪音小的特點(diǎn),。在輸出電流較小時(shí),，LDO的成本只有開關(guān)電源的幾分之一。LDO的封裝從SOT23到SC70,、QFN,，直至WCSP晶圓級芯片封裝，非常適合在手持設(shè)備中使用,。對于固定電壓輸出的使用場合,，外圍只需2到3個(gè)很小的電容即可構(gòu)成整個(gè)方案。
超低的輸出電壓噪聲是LDO最大的優(yōu)勢,。但LDO的缺點(diǎn)是低效率,，且只能用于降壓的場合。LDO的效率取決于輸出電壓與輸入電壓之比：η=Vout/Vin,。在輸入電壓為3.6V（單節(jié)鋰電池）的情況下,，輸出電壓為3V時(shí)，效率為90.9%,，而在輸出電壓為1.5V時(shí),，效率則下降為 41.7%。這樣低的效率在輸出電流較大時(shí),，不僅會(huì)浪費(fèi)很多電能,，而且會(huì)造成芯片發(fā)熱影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。
開關(guān)式電源
電感式開關(guān)電源是利用電感作為主要的儲能元件,，為負(fù)載提供持續(xù)不斷的電流,。通過不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),，這種電源可以完成降壓、升壓和電壓反轉(zhuǎn)的功能,。
電感式開關(guān)電源具有非常高的轉(zhuǎn)換效率,。在產(chǎn)品工作時(shí)主要的電能損耗包括：內(nèi)置或外置MOSFET的導(dǎo)通損耗，主要與占空比和MOSFET的導(dǎo)通電阻有關(guān),；動(dòng)態(tài)損耗,，包括高側(cè)和低側(cè)MOSFET同時(shí)導(dǎo)通時(shí)的開關(guān)損耗和驅(qū)動(dòng)MOSFET開關(guān)電容的電能損耗，主要與輸入電壓和開關(guān)頻率有關(guān),；靜態(tài)損耗，主要與IC內(nèi)部的漏電流有關(guān),。
在電流負(fù)載較大時(shí),，這些損耗都相對較小，所以電感式開關(guān)電源可以達(dá)到95%的效率,。但是在負(fù)載較小時(shí),，這些損耗就會(huì)相對變得大起來，影響效率,。這時(shí)一般通過兩種方式降低導(dǎo)通損耗和動(dòng)態(tài)損耗,，一是PWM模式：開關(guān)頻率不變，調(diào)節(jié)占空比,。二是PFM模式：占空比相對固定,，調(diào)節(jié)開關(guān)頻率。
電感式開關(guān)電源的缺點(diǎn)在于電源方案的整體面積較大（主要是電感和電容）,，輸出電壓的紋波較大,。在PCB布板時(shí)必須格外小心以避免電磁干擾（EMI）。
為了減小對大電感和大電容的需要以及減小紋波,，提高開關(guān)頻率是非常有效的辦法,。
電容式開關(guān)電源
電荷泵是利用電容作為儲能元件，其內(nèi)部的開關(guān)管陣列控制著電容的充放電,。為了減少由于開關(guān)造成的EMI和電壓紋波,，很多IC中采用雙電荷泵的結(jié)構(gòu)。電荷泵同樣可以完成升壓,、降壓和反轉(zhuǎn)電壓的功能,。
由于電荷泵內(nèi)部機(jī)構(gòu)的關(guān)系，當(dāng)輸出電壓與出入電壓成一定倍數(shù)關(guān)系時(shí),，比如2倍或1.5倍,，最高的效率可達(dá)90%以上。但是效率會(huì)隨著兩者之間的比例關(guān)系而變化,，有時(shí)效率也可低至70%以下,。所以設(shè)計(jì)者應(yīng)盡量利用電荷泵的最佳轉(zhuǎn)換工作條件,。
由于儲能電容的限制，輸出電壓一般不超過輸入電壓的3倍,，而輸出電流不超過300mA,。電荷泵特性介于LDO和電感式開關(guān)電源之間，具有較高的效率和相對簡單的外圍電路設(shè)計(jì),，EMI和紋波的特性居中,，但是有輸出電壓和輸出電流的限制。
二,、提高電能的使用效率
在手機(jī)中,，減少能量的浪費(fèi)、將盡量多的可用電能用于實(shí)際需要的地方,，是省電的關(guān)鍵,。
手持設(shè)備電源系統(tǒng)一般結(jié)構(gòu)
信號處理系統(tǒng)
信號處理系統(tǒng)主要是信號處理器是手機(jī)的核心部分，它如同人的心臟,，會(huì)一直工作,，因此它也是一個(gè)主要的手機(jī)電能消耗源。那么應(yīng)如何提高它的效率呢,？一般來說可采用以下兩種方法,。
方法1：分區(qū)管理。將處理某項(xiàng)任務(wù)時(shí)不需要的功能單元關(guān)掉,，比如在進(jìn)行內(nèi)部計(jì)算時(shí),，將與外部通信的接口關(guān)斷或使其進(jìn)入睡眠狀態(tài)。為了達(dá)到這一目的,，手機(jī)中的信號處理器往往涉及很多個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘,，控制著不同功能單元的工作狀態(tài)。另外,，為不同功能塊供電的電源電路是可以關(guān)斷的,。
方法2：改變信號處理器的工作頻率和工作電壓。目前絕大多數(shù)的信號處理器是用CMOS工藝制造的,。在CMOS電路中,，最大的一項(xiàng)功率損耗是驅(qū)動(dòng)MOSFET 柵極所引起的損耗?？梢钥闯龉β蕮p耗與頻率和輸入電壓,，即IC的電源電壓的平方成正比。所以針對不同的運(yùn)算和任務(wù),，把頻率和電源電壓降低到合適的值,，可以有效地減少功率損耗。
DVS（動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整）技術(shù)有效地將處理器與電源轉(zhuǎn)換器連接成閉環(huán)系統(tǒng),，通過I2C等總線動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)供電電壓,，同時(shí)調(diào)節(jié)自身的頻率,。TPS65010集成了充電電路、電感式DCDC和LDO,。同時(shí)還可以通過I2C總線對各路輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié),，非常適合為 OMAP和類似的處理器供電。
音頻功率放大部分
音頻功率放大器是手機(jī)中又一能量消耗大戶,，輸出功率可達(dá)750mW,，對于帶有免提功能的手機(jī)可達(dá)2W。如何提高放大器的效率呢,？傳統(tǒng)的技術(shù)采用 AB類線性放大器,，其效率隨輸出功率變化，最好只有70%,。使用D類功率放大器,，利用PWM的方式，可使效率提高到85-90%,。
目前為了使設(shè)計(jì)者更方便地進(jìn)行電源管理，一些廠商開發(fā)了電源管理的軟件用于嵌入式操作系統(tǒng),。運(yùn)用這類操作系統(tǒng),，可以有效地降低軟件編制中的工作量，同時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)的電源管理,。
電源管理對手持設(shè)備日趨重要,。一個(gè)高效的系統(tǒng)是要將電源管理的觀念貫穿于設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，并且平衡系統(tǒng)多方面因素設(shè)計(jì)完成的,。隨著半導(dǎo)體技術(shù)和電路設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展,，會(huì)有越來越多的節(jié)能技術(shù)涌現(xiàn)，為手持產(chǎn)品的不斷發(fā)展助力,。