新型开关稳压器应对手持设备电源系统设计挑战

文章摘要：手持设备的设计人员面临的关键挑战是实现产品的高性能和低功耗。电池寿命对于手持设备是非常重要的指标，电源管理产品必须适应不断变化的设计需求，例如，更低的待机能耗、更高的效率、超薄厚度、超小PCB面积、更智能化的控制接口等。DC/DC开关稳压器是电源系统中的关键部件之一，稳压器必须保持恒定的电压，而且能够对输入电压的变化以及负载电流的变化迅速作出响应。电容和电感是DC/DC中最基本的能量转换器件，基于电容的电荷泵和基于电感的DC/DC各有优势和缺点，都有用武之地。电荷泵DC/DC器件尺寸小、厚度薄，加上此种结构EMI干扰小，因而在很多设计中深受工程师青睐。圣邦微电子的SGM3110就是标准的+5.

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手持设备的设计人员面临的关键挑战是实现产品的高性能和低功耗。电池寿命对于手持设备是非常重要的指标，电源管理产品必须适应不断变化的设计需求，例如，更低的待机能耗、更高的效率、超薄厚度、超小PCB面积、更智能化的控制接口等。DC/DC开关稳压器是电源系统中的关键部件之一，稳压器必须保持恒定的电压，而且能够对输入电压的变化以及负载电流的变化迅速作出响应。电容和电感是DC/DC中最基本的能量转换器件，基于电容的电荷泵和基于电感的DC/DC各有优势和缺点，都有用武之地。

电荷泵DC/DC器件尺寸小、厚度薄，加上此种结构EMI干扰小，因而在很多设计中深受工程师青睐。圣邦微电子的SGM3110就是标准的+5.0V输出、基于电容的DC/DC器件，如果系统需要+5.0V/100mA的电源，可以用很小的PCB面积开销去完成设计，电路设计如图1所示。


图1：SGM3110电荷泵DC/DC设计电路。

随着高像素相机手机越来越多，闪光灯成为设计成败的关键。传统的氙气灯由于高压、物理尺寸以及使用寿命的限制，一直无法在手机中流行。大功率白光LED技术的发展，使大功率白光LED闪光灯越来越被工程师认可，但这类闪光灯的驱动、热保护、缓启动，以及闪光大电流对电池的冲击，又给工程师带来不小的设计挑战。圣邦微电子推出的SGM314X系列闪光灯驱动，采用电荷泵架构(图2)，驱动电流可达500mA、700mA、1000mA，Torch、摄像、闪光拍照三种模式可以灵活切换。


图2：SGM314X系列闪光灯驱动电路。

智能手机日益普及，这类产品对图像和视频处理速度、无线通信性能要求，以及LCD显示屏的要求不断提高，从而导致多核基带IC耗电越来越大，电池使用时间已成为消费者关注的焦点之一。消费者希望有随手可得的电源为手机充电，太阳能电池、干电池、锂电池电源站，无处不在的USB接口都将为手机延长使用时间提供可能性。圣邦微电子的SGM6600 同步整流升压型 DC/DC具有0.9V的启动电压，高效率的升压同步整流结构(图3)，能让工程师从容面对从太阳能电池和干电池获取能源的设计挑战。



图3：SGM6600同步整流升压型 DC/DC电路。

随着集成电路技术的发展，手持设备基带IC集成的功能越来越多，多电压混合设计成为SoC和SIP的标准技术。为SoC和SIP产品提供一种安全可靠、成本合适的DC/DC电源，成为当务之急。日益复杂的负载、上下电时序以及负载保护等问题都是工程师必须应对的挑战，POL和中间总线的电源概念被引入到系统设计中。圣邦微电子推出的SGM6006同步降压型DC/DC，具有1.4MHZ的开关频率，专门的软启动设计可防止上下电时DC/DC产生高压脉冲损坏负载。在手持设备设计中，该器件是一个理想的POL设计产品，设计电路中使用的电感很小，整个DC/DC设计只占用很少的PCB面积，电路设计如图4所示。

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图4：SGM6006同步降压型DC/DC设计电路。

圣邦微电子也推出了SGM2100系列的多DC/DC产品，它将中间电源总线的概念引入了产品设计。SGM2100和SGM2101的主升压型 DC/DC将双节干电池或锂电池电压变成+5.0V左右的（可调）中间电源总线，大功率+5.0V/2A电源总线可以为USB接口、闪光灯、大功率音频功放等负载供电，在手持设备中可以得到很大的音频功率输出以及很强的闪光灯设计(图5)，如果手持设备系统中需要加微硬盘，微硬盘需要的3.3V/800mA降压/升压型电源可以从中间总线以低成本方式获得。(徐前江 市场总监圣邦微电子有限公司)



图5：SGM2100系列多DC/DC器件在手持设备系统中的应用。