智能手機待機功耗挑戰及策略

在智能手機、平板電腦、數碼相機等消費電子產(chǎn)品中，待機功耗一直是一個(gè)關(guān)鍵設計難點(diǎn)。此外，這些產(chǎn)品需要無(wú)縫的功率管理和電池開(kāi)關(guān)，以便提供更好的靈活性和電池可靠性。飛兆半導體推出的IntelliMAX智能負載開(kāi)關(guān)能夠有效降低待機功耗，實(shí)現防止浪涌電流、過(guò)流保護等功能，幫助設計人員降低設計復雜性，同時(shí)達到更高的系統效率和可靠性。

據悉，IntelliMAX智能負載開(kāi)關(guān)產(chǎn)品組合具有防止浪涌電流的壓擺率控制、過(guò)流限制和熱關(guān)斷保護、反向電流阻斷和低運作輸入電壓等特性，能夠處理眾多帶有多信道配置和高電壓與電流負載的應用。IntelliMAX系列的擴展產(chǎn)品利用單芯片解決方案解決了輕工業(yè)應用的動(dòng)態(tài)功率難題，使得設計人員擁有通過(guò)現貨產(chǎn)品滿(mǎn)足設計需求的能力，減少了組件數目并且提高了效率。

傳統的負載開(kāi)關(guān)采用2到3個(gè)MOS管加上電阻和電容來(lái)實(shí)現。但現在的手持設備如智能手機中，電池容量已經(jīng)滿(mǎn)足不了應用需求，因此外圍部分需要進(jìn)行優(yōu)化。飛兆半導體移動(dòng)、計算、消費和通信市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)暨應用工程部高級市場(chǎng)推廣業(yè)務(wù)經(jīng)理李文輝解釋說(shuō)，智能手機中除了主芯片之外還有很多外圍設備，如攝像頭、觸摸板、Wi-Fi模塊、GPS、藍牙模塊等，這些功能大部分時(shí)間處于待機狀態(tài)。IntelliMAX智能負載開(kāi)關(guān)的一個(gè)重要優(yōu)勢就在于可以降低待機功耗。他透露，“國內某款著(zhù)名品牌的智能手機采用了IntelliMAX智能負載開(kāi)關(guān)以后，待機時(shí)間從之前的一天提高到了3天。”

除了降低待機功耗，集成式負載開(kāi)關(guān)的好處還包括采用壓擺率控制，可減小浪涌電流的影響(手機中攝像頭和Wi-Fi的負載較大，啟動(dòng)設備時(shí)的浪涌電流會(huì )影響系統穩定);過(guò)流保護;實(shí)現系統上電排序。和傳統負載開(kāi)關(guān)采用CMOS工藝實(shí)現不同，IntelliMAX智能負載開(kāi)關(guān)采用飛兆BiCMOS工藝制造，可以支持很低的工作電壓，且靜態(tài)電流低于1uA。

圖2：IntelliMAX智能負載開(kāi)關(guān)FPF1039和FPF1048

FPF1039和FPF1048開(kāi)關(guān)適用于需要大電流能力和低導通電阻解決方案進(jìn)行功率路徑管理的智能設備和便攜存儲設備，提供20m?和23m?的導通電阻，1.2V～5.5V和1.5V～5.5V的輸入電壓范圍，以及極低的關(guān)斷電流泄漏，有助于滿(mǎn)足低待機功耗應用的要求。TR = 2.7mS的優(yōu)化壓擺率受控開(kāi)啟特性可以防止帶有最高200μF大電容的電源軌的電壓下降。FPF1048還提供了真正的反向電流阻斷(True Reverse Current Block)功能，不論產(chǎn)品處于開(kāi)或關(guān)狀態(tài)，均可避免不需要的反向功率。

FPF2165R和FPF2195全功能負載開(kāi)關(guān)具有可調電流限制，非常適合帶有USB和HDMI等物理連接器的應用，應對可能會(huì )出現的大電流狀況。使用帶有外部電阻的限流功能，可以輕易調整輸入功率預算控制，提供反向電流阻斷特性，防止在設備關(guān)斷時(shí)出現不必要的反向電流。這些器件在恒流模式下工作，有助于防止電流損壞，并且在發(fā)生限流故障后維持限定的電流。采用2×2mm2 MicroFET封裝。

李文輝表示，在移動(dòng)市場(chǎng)，飛兆的策略是通過(guò)與主流Chipset平臺供應商合作，提供搭配的解決方案或優(yōu)化的IP，從而減少廠(chǎng)商研發(fā)時(shí)間和費用，加快產(chǎn)品上市。此外，飛兆擁有強大的移動(dòng)IP有助于實(shí)現產(chǎn)品的差異化。

移動(dòng)產(chǎn)品常見(jiàn)設計挑戰及應對

壓擺率控制系統挑戰：因為具有大電容的負載在開(kāi)啟期間出現浪涌電流，瞬態(tài)輸入電壓會(huì )下降。欠壓閉鎖(UVLO)會(huì )使系統可能出現異常。

設計考慮：在給定Cout和Vin條件下，上升時(shí)間(Tr)直接影響浪涌電流。Tr可由集成PMOS的柵極驅動(dòng)電流來(lái)控制：

根據最大允許Vin壓降和系統排序，實(shí)現正確的Tr。

過(guò)流限制系統挑戰：防止在連接損壞的負載的情況下回出現過(guò)流或者短路，由于功率過(guò)大，出現較大的Vin壓降，可能會(huì )導致系統出現永久性損壞，來(lái)自USB和HDMI等物理連接可導致此問(wèn)題。

設計考慮：通過(guò)動(dòng)態(tài)Ron控制，將過(guò)流限制在特定數值上

ILIM設置：固定或者可調節

ILIM精度：±25%、±10%或者±5%

三種OCP行為：關(guān)斷/自動(dòng)重啟電流源模式

熱關(guān)斷設計挑戰：大功率耗散可能導致功率器件過(guò)熱或者損壞。

設計考慮：保護器件避免過(guò)熱，通常采用ILIM中的過(guò)電流源部件。需估算結溫，用于輸入功率預算控制。

圖3：RCB保護原理圖

反向電流阻斷(RCB)設計挑戰：反向電流可能經(jīng)由體二極管從輸出端流向輸入端，即使在Cout大于Cin和無(wú)放電路徑的禁用模式下也是如此，引起系統錯誤。傳統RCB僅在禁用期間進(jìn)行RCB，而真正的RCB在啟用和禁用期間都進(jìn)行RCB。IntelliMAX智能負載開(kāi)關(guān)實(shí)現了真正的RCB。