便攜式應用處理器設計中的電源管理

當今便攜式應用處理器的電源管理解決方案的集成度越來越高。總功耗、待機和深度睡眠的電流消耗會影響電池的大小、物料單(BOM)的成本和產品的認知度。

當設計便攜式設備―如智能電話或PDA―的時候，系統設計工程師必須考慮許多電源的變量。隨著它們消耗的功率越來越大，智能電話要求高度集成的電源管理解決方案，以便在盡可能最小的PCB面積中實現電池壽命最長的設計目標。

當今的應用處理器需要為內核、I/O、存儲器和外部設備等等提供不同的電源域。例如，LP3971就是一種設計用來滿足所有這些要求的電源管理單元(PMU)，它利用了3個高效率的降壓轉換器和6個低壓差(LDO)調整器。

應用處理器需要多種電源電壓，這些電壓可以通過核心電源管理和系統的架構進行優
化。LP3971具有由I2C控制的輸出電壓、工廠可配置的上電順列和缺省的輸出電壓，可以滿足范圍廣闊的系統要求。

本文重點討論如何利用諸如LP3971之類的器件與降壓型轉換器及LDO功能相結合，為PDA/智能電話應用中的微處理器的低電壓供電。

當設計一個系統的時候，必須對架構進行平衡，包括成本、PCB面積、元器件大小、通話時間、待機時間、電池容量和進度表等等的要求。微處理器RAM需要1.5V、最大電流為400mA的電源。讓我們從最簡單、成本最低的解決方案―直接連接到鋰電池的LDO―開始(下圖1)。

電池電壓將從4.2V開始跌落到3.2V，在該電平系統進入深度睡眠，直到電池被充電或更換。圖2所示為一個典型的鋰電池放電周期。

對于如圖1所示的配置，LDO 5的效率將是：

LDO百分比效率= [(Vout * Iout) / Vin * (Iout + Iq)] * 100

對于本文中這個和其它的例子，相對Iout(400mA)而言，Iq因為非常小被忽略了(40mA)。

效率方程式然后變為：

百分比效率=[(Vout)/(Vin)] * 100。

對于Vin = 4.2V 且 Vout = 1.5V, LDO的效率為1.5/4.2 = 36%。總功率Pt = 4.2 * 0.400 = 1.70W。

所有沒有被傳遞到輸出負載的功率將以熱量的形式在LDO內部被耗散掉。耗散功率為：

耗散(Pd) = (Vin - Vout) * Iout = (4.2 - 1.5) * 0.400 = 1.1W, 耗散為熱量。