鋰離子電池供電便攜式產品的降壓新器件
加入技術交流群
對于鋰電池，能量的密集區域在3.6V,但通常客戶出于充分利用電池能量的考慮，希望利用鋰電池工作電壓范圍為：3.0V～4.2V。
當然由于產品的不同，設計的不同會造成所需輸出電壓的不同，一般在2.7V～3.3V之間，甚至會低至1.8V(如 數碼相機)，因此對鋰電降壓/穩壓器件產生了需求。另外，便攜式產品由于功能增加，其供電電流有逐漸增大趨勢。目前產品供電電流已經達到100～500mA甚至更高，如何提高供電效率日益成為電源設計師們需要考慮的問題。傳統三端穩壓降壓器件，因為其端壓過高(大于2.5V)，大量的能量被耗散在穩壓器件上，而被排除在外。
目前設計師在實際電源管理電路中通常會使用兩類降壓器件：LDO (低壓差穩壓器)和DC-DC開關式降壓器。
使用LDO的電源管理方案
電源管理電路對于LDO的需求
由于LDO為線性降壓元件，故供電效率完全取決于其輸出電壓大小。所以比較適合應用在輸出電壓相對較高的場合。若以鋰電主要供電電壓3.6V計，在輸出目標電壓為3.0V時，其供電效率為：
h=3.0V/3.6V*100%=83.3% (1)
通過以上計算可以明顯看到：輸出電壓與工作效率成正比，輸出電壓太低，則大大影響了鋰電供電效率。故適合LDO器件良好運作的目標供電電壓為3.0V-3.3V的范圍。
在鋰電電壓利用率上，則完全取決于LDO最低壓差，例如，假設LDO在輸出100mA工作電流下，VOUT=3V；
a)若LDO最低壓差VDROPOUT=0.2V，則LDO能夠穩定輸出3V時的最低放電電壓僅為3.0V+0.2V=3.2V；
b)若LDO最低壓差為VDROPOUT=0.05V，則LDO能夠穩定輸出3V時的最低放電電壓為3.0V+0.05V=3.05V。
比較a)、b)可得，越小壓差的LDO越能夠延長鋰電放電時間。
在鋰電供電LDO品種選擇上，要求LDO具有盡可能小的最低壓差，同時因為便攜式產品體積限制，要求小封裝，且最好具備可關斷功能，便于電源管理。同樣限于體積，由于LDO本身已具有較大電流負載能力，故不需要采用外接擴流元件。
LDO的新技術
為了降低耗電，市場上的大多數LDO都具有片選功能，當用戶在不需要LDO工作時，可以關閉選通端，以起到省電的效果。但是通常情況下，微處理器通常會有3種模式，即運行、待機和休眠模式。對于早先的LDO來講，只有開或關兩種工作狀態無法配合CPU的工作狀態。當設備處于待機狀態時，系統仍然需要供電，只是需要的電流較小，而且對于便攜式產品來講，待機的時間要大大長于使用時間和關機時間。
日本RICOH公司最近發表了一項LDO的新技術：ECO模式。表1是ECO模式的一些詳細對照表：
從表1可以看出，當CPU進入待機狀態后，LDO也可以相應進入ECO模式，此時既維持了系統對于電壓的需求，同時又降低了輸出電流和紋波抑制比，以降低耗電。此功能對于經常處于待機模式又對節電有極其苛刻要求的便攜式產品來講極為重要。
該公司相應推出了兩種產品：R1170H和R1160N系列。R1170H為SOT-89封裝，100 mA下的最小壓差為0.03V，具有片選關斷功能。
R1160N為SOT-23封裝，100mA下的最小壓差為0.05V；具有ECO待機省電模式控制和片選關斷功能。
使用開關降壓器的電源
管理方案
對于使用鋰電池供電但輸出電壓低于3V的情況，通過公式(1)可以看出，LDO供電效率急劇下降，已經不再適合應用，此時優勢更為明顯的是開關降壓器。它也要求IC體積小，轉換效率高，壓差最小。理光相應的產品是R1230D。它的主要特性如下：
● IOUT=300m A時，h=94%以上；
● 封裝：SON-8(相當于SOT-23)，內置功率管；
● 外圍元件只需要一電感和電容；
● 其最低壓差更可以低至0.03V；
● 器件本身開關頻率達到800KHz，便于輸出電容的小型化選擇；
● 靜態電流幾乎為0mA。■
評論