便攜式設備電源設計攻略

標簽：ESD DC-DC

從產(chǎn)品定義規劃人員的角度來(lái)看，便攜式設備兩個(gè)最重要的電源設計指標是連續工作時(shí)間和待機時(shí)間。那么，對一個(gè)負責產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的系統設計工程師來(lái)講，從哪些方面入手才能使得這兩個(gè)指標性能最優(yōu)呢?

很顯然，我們首先應考慮如何增加電源供給量。如果我們能從源頭上解決這一問(wèn)題，即找到比現有的鋰離子電池功率密度更大的電池，那么所有熱門(mén)便攜式設備的連續工作時(shí)間和待機時(shí)間性能就都能得到大幅度的提高。

而在這方面，業(yè)界既有好消息也有壞消息。好消息是功率密度比現有鋰離子電池高1.5倍或2倍的燃料電池已經(jīng)到了接近商用化的程度。例如，美國燃料電池供應商MTI Micro已經(jīng)克服了商用化道路上的三大障礙，即燃料電池的出水問(wèn)題、使用便宜的甲醇做原料、以及小型化。三星已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了基于燃料電池的數碼相機和手機原型產(chǎn)品，東芝在2002年也推出過(guò)使用微型燃料電池的Gigabeat MP3播放器。

不過(guò)，壞消息是業(yè)界仍然有很多人認為燃料電池的價(jià)格還是有點(diǎn)貴，而這對于利潤日趨微薄的消費電子制造商來(lái)說(shuō)是很難馬上加以接受的。例如，Micrel電源產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)總監Andy Khayat就表示：“盡管針對消費電子產(chǎn)品的高性能燃料電池已經(jīng)推出有好幾年了，然而它們的價(jià)格仍然太高，而且人們擔心易燃性液態(tài)燃料具有潛在的可靠性問(wèn)題。因此具有代表性的消費電子市場(chǎng)還沒(méi)有接受燃料電池，而要被大眾消費電子市場(chǎng)接受需要更長(cháng)的時(shí)間，有可能要等到2015以后。”

凌力爾特公司電源產(chǎn)品部產(chǎn)品市場(chǎng)總監Tony Armstrong也認為：“盡管燃料電池已經(jīng)在實(shí)驗室里證明了自己的效能，甚至有的還實(shí)現了商品化。然而，由于在其熱問(wèn)題和更新問(wèn)題的管理方面存在難點(diǎn)，因此所取得成功是有限的。實(shí)際上，從商用的角度來(lái)看，燃料電池要想成為移動(dòng)電腦的理想電源還有一段距離。”

也正是由于這樣的現實(shí)問(wèn)題，因此目前業(yè)界還主要在減少功率的消耗、提高功率轉換效率和降低靜態(tài)電流/泄漏電流等方面下功夫。

為了盡可能地減少功耗，系統開(kāi)發(fā)工程師一般同時(shí)采取兩種方法，一是盡可能地優(yōu)化電路設計;二是盡可能地尋找在同類(lèi)器件中工作功耗最低的替代品。

為了最大限度地提高功率轉換效率，系統工程師一般也會(huì )同時(shí)采用兩種方法，一是盡可能地采用功率轉換效率高的器件，如用D類(lèi)功放代替AB類(lèi)功放，以及用開(kāi)關(guān)型DC-DC轉換器代替LDO;二是采用各種措施(PWM/PFM調制模式轉換、改變供電電壓和工作頻率等)來(lái)提高各種負載條件下的功率轉換效率。

降低靜態(tài)電流/泄漏電流主要是為了盡可能地提高待機時(shí)間，在這方面，系統工程師唯一可采用的方法就是在設計時(shí)盡可能采用靜態(tài)電流/泄漏電流更低的同類(lèi)器件。

除此以外，還有一個(gè)應特別加以重視的電源問(wèn)題就是靜電(ESD)保護，ESD保護不過(guò)關(guān)，很多產(chǎn)品根本無(wú)法出口到重要的歐美及日本市場(chǎng)。因此，ESD的控制對便攜產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，是必需品，不是選項。ESD是目前整個(gè)電子產(chǎn)業(yè)共同面臨的問(wèn)題，電子產(chǎn)品在設計、生產(chǎn)、封裝、測試、以及搬運等每個(gè)環(huán)節都會(huì )受到ESD的影響，甚至破壞。

但盡管ESD關(guān)系重大，卻并不代表必須針對制造與設計流程，均勻地分配資源來(lái)防范ESD的影響。事實(shí)上，在元件層級的ESD保護上，耗費過(guò)多資源并非明智之舉。我們應該將更多的精力放在系統層級的ESD保護上。

當然，對系統設計工程師來(lái)說(shuō)，系統級的ESD保護機制不僅應當讓電子元件和系統更能抵擋ESD的沖擊，而且必須同時(shí)針對成本、技術(shù)以及客戶(hù)本身的需求進(jìn)行全盤(pán)考慮。