隨著手機(jī)的功能越來(lái)越多,，用戶對(duì)手機(jī)電池的能量需求也越來(lái)越高,，現(xiàn)有的鋰離子電池已經(jīng)越來(lái)越難以滿足消費(fèi)者對(duì)正常使用時(shí)間的要求,。那么應(yīng)該如何提高電源管理技術(shù)以及如何延長(zhǎng)電池的使用售賣呢?對(duì)此,，業(yè)界主要采取兩種方法，一是開(kāi)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(zhǎng)電池使用壽命,，已經(jīng)成為手機(jī)開(kāi)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(duì)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(zhǎng),。要求提高工作時(shí)對(duì)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(jiǎn)單易用、便于設(shè)計(jì)使用,，硬件軟件平臺(tái)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(kāi)發(fā)時(shí)間等多種因素,，進(jìn)行最佳選擇?？偟膩?lái)講,，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(duì)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(kāi)關(guān)式電源。但并非開(kāi)關(guān)電源可以代替一切,，二者有各自的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì),，適用于不同的場(chǎng)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(kāi)關(guān)電源的幾分之一,。LDO的封裝從SOT23到SC70、QFN,，直至WCSP晶圓級(jí)芯片封裝,，非常適合在手持設(shè)備中使用。對(duì)于固定電壓輸出的使用場(chǎng)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(shì)。但LDO的缺點(diǎn)是低效率,，且只能用于降壓的場(chǎng)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(kāi)關(guān)式電源

    電感式開(kāi)關(guān)電源是利用電感作為主要的儲(chǔ)能元件,，為負(fù)載提供持續(xù)不斷的電流。通過(guò)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(kāi)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(kāi)關(guān)損耗和驅(qū)動(dòng)MOSFET開(kāi)關(guān)電容的電能損耗,，主要與輸入電壓和開(kāi)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(duì)較小,，所以電感式開(kāi)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(duì)變得大起來(lái),，影響效率。這時(shí)一般通過(guò)兩種方式降低導(dǎo)通損耗和動(dòng)態(tài)損耗,，一是PWM模式：開(kāi)關(guān)頻率不變,，調(diào)節(jié)占空比。二是PFM模式：占空比相對(duì)固定,，調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)頻率。電感式開(kāi)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(duì)大電感和大電容的需要以及減小紋波,，提高開(kāi)關(guān)頻率是非常有效的辦法,。

    電容式開(kāi)關(guān)電源

    電荷泵是利用電容作為儲(chǔ)能元件，其內(nèi)部的開(kāi)關(guān)管陣列控制著電容的充放電,。為了減少由于開(kāi)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(chǔ)能電容的限制，輸出電壓一般不超過(guò)輸入電壓的3倍,，而輸出電流不超過(guò)300mA。電荷泵特性介于LDO和電感式開(kāi)關(guān)電源之間,，具有較高的效率和相對(duì)簡(jiǎn)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(hào)處理系統(tǒng)

    信號(hào)處理系統(tǒng)主要是信號(hào)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(lái)說(shuō)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(hào)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(hào)處理器的工作頻率和工作電壓。目前絕大多數(shù)的信號(hào)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(duì)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(guò)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(guò)I2C總線對(duì)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(duì)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(kāi)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(duì)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(lái)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。以上就是提高電源管理技術(shù)并延長(zhǎng)電池使用壽命,，希望能給大家?guī)椭?/p>