超低靜態(tài)電流電源管理IC延長(cháng)便攜應用工作時(shí)間

　　技術(shù)背景

　　當今便攜式電子設備的小型化和高集成度發(fā)展趨勢要求延長(cháng)電池工作時(shí)間，降低功耗，并且限制其設備內部IC及其相關(guān)外圍元件占用印制電路板的尺寸。由于電池技術(shù)的進(jìn)步延長(cháng)了電池工作時(shí)間并且減小了最終產(chǎn)品的尺寸，對于加速發(fā)展這種趨勢一直起到促進(jìn)作用?？稍俪潆姷睦庵武囯x子電池/聚合物鋰電池已經(jīng)將它們用作給中等到高端便攜式電子設備提供電源的先進(jìn)化學(xué)電池，從而可提供最合適的外形尺寸、合用的電壓范圍、電能密度 (容量) 和電池壽命。因此，當人們一旦注意到鎳鎘 (NiCd)電池的有毒性時(shí)，人們正在尋找將新的鋰離子電池用于大電流應用的途徑 (例如電動(dòng)工具)。而且新的鋰離子化學(xué)電池 (例如磷酸鋰電池) 正在興起，它與傳統的鋰電池/聚合物鋰電池相比，它提供較低的可用工作電壓范圍，較低的串聯(lián)電阻和較高的安全性。

　　最近新推出了一種一次性鋰電池 (例如Energizer “e2” 電池)，其尺寸與堿性電池一樣大。它們不但延長(cháng)了電池工作時(shí)間，而且具有尺寸小巧、使用方便和價(jià)格便宜的特點(diǎn)，非常適合那些以前習慣使用堿性電池和鎳電池的便攜式設備的客戶(hù) (例如數碼相機和手持GPS)。這些電池超出了可再充電的鋰離子電池、聚合物棱柱形電池、堿性AA或AAA電池以及可再充電的鎳金屬氫化物 (Ni/MH) 電池的范圍，從而擴大了便攜式電子設備工程師的選擇范圍。這種電池與其他的不可再充電的堿性電池或鎳電池比較，其延長(cháng)電池壽命的優(yōu)點(diǎn)要比其初期成本高的缺點(diǎn)更重要。相比之下，可再充電的NiMH電池具有相對低的電能密度，但它是一項成熟的技術(shù)，而且成本低、無(wú)毒性，所以一直用于許多便攜式電子設備之中?？稍俪潆姾筒豢稍俪潆姷膲A性電池在低端電子設備中一直很流行，它具有很低的自放電和低成本特點(diǎn)以彌補其相當低的電池壽命。

　　設計挑戰

　　毋庸置疑，當今電池供電的便攜式電子產(chǎn)品設計師都在接受相當的設計挑戰。這些設計師為了適應系統復雜性、電能預算和散熱管理不斷提高的趨勢，勢必要求高性能電源管理結構。這樣的系統應該在電池工作時(shí)間、與多個(gè)電源的兼容性、高功率密度、小外形尺寸和高效散熱管理之間達到最佳均衡。必須做到精心地選擇電池，連接其他電源 (USB、墻上適配器等) 給系統供電，因為電池壽命和電池工作時(shí)間顯然是重要考慮。

　　與此同時(shí)，系統中的功能不斷增加迫使系統功耗的提高，當設備工作時(shí)自然要降低電池的工作時(shí)間。對于可再充電的電池，隨后的充電和再充電周期會(huì )使電池的壽命受到限制，尤其是在再充電頻率很高的情況下。在電池供電情況下，電源管理IC的高電池耗電、高靜態(tài)電流 (IQ、無(wú)負載) 和低功率轉換效率都會(huì )對電池工作時(shí)間產(chǎn)生負面影響。因此，在可再充電電池和不可再充電電池兩種情況下，設計師為了向最終用戶(hù)提供長(cháng)的電池工作時(shí)間都必須權衡產(chǎn)品性能、靜態(tài)電流與工作電流、系統功耗和轉換效率。

　　上述這一切都將成為過(guò)去，這要多謝新推出的低功耗電源管理集成電路 (PMIC)，與其他傳統的高耗電和高熱量PMIC相比，現在的 PMIC 對系統提供了高效電源，而且僅需最少的外圍組件、顯著(zhù)減小了尺寸和大幅地提高性能。另外，與笨拙的低性能分立IC解決方案相比，這些新的PMIC可大大簡(jiǎn)化設計并且縮小解決方案的尺寸。

　　簡(jiǎn)單的解決方案—帶超低IQ和高效開(kāi)關(guān)穩壓器的PMIC

　　在寬負載范圍內具有低靜態(tài)電流和工作電流并且帶有高效開(kāi)關(guān)穩壓器的IC，有助于在便攜式電子設備中保持電池工作時(shí)間。凌力爾特公司(Linear) 推出的PMIC帶有 PowerPath控制、超低靜態(tài)電流與待機電流、以及一流的集成功能單元電路 (例如高效可編程同步降壓-升壓型和降壓型開(kāi)關(guān)穩壓器) 既簡(jiǎn)單又輕松地解決了這些設計挑戰。這之所以成為可能，因為在 PMIC 開(kāi)發(fā)中采用了不同的方案，使用了較多可選的集成度以提供一個(gè)緊湊的解決方案，而無(wú)需犧牲性能。

　　例如，LTC3554是一款適合鋰離子/聚合物電池應用的微功耗多功能PMIC。LTC3554 包括了一個(gè)USB兼容的線(xiàn)性PowerPath管理器、一個(gè)獨立的電池充電器、兩個(gè)高效同步降壓型穩壓器和一個(gè)按鍵控制電路，它采用超薄 (0.55mm) 的3mm x 3mm UTQFN封裝。當全部輸出保持穩壓時(shí)，可選擇的待機模式引腳 (詳見(jiàn)圖1) 可使電池的損耗電流減小到只有10μA。

　　圖1 LTC3554 在待機模式下的電池損耗電流

　　當LTC3554從一個(gè)USB 端口或5V墻上適配器提供高達400mA的電池充電電流時(shí)，它的PowerPath管理器能自動(dòng)控制負載的優(yōu)先順序，渾然一體地管理多輸入電源之間的切換以便向負載加電。輸入電流限制是引腳可選的，并且內部設置以滿(mǎn)足USB的電源規范 (需外部電阻器)。LTC3554的輸入電壓允許高達5.5V，為了提高堅固性，其絕對最大瞬態(tài)電壓為7V。該IC的“即時(shí)接通”運作特性確保電池甚至在完全放電的情況下也可對系統供電。它的自主性工作能力簡(jiǎn)化了設計，從而無(wú)需一個(gè)外部管理器來(lái)終止充電。