打入工業和醫療市場的高集成度大功率電源IC

近來，這種同時要求高電源效率和高處理性能的需求也已經擴展到了工業和醫療便攜式應用。作為最新和功能豐富的高端消費類便攜式設備，手持式數據收集設備、堅固耐用的庫存控制和跟蹤設備、便攜式氣體檢測儀、血液分析儀、便攜式EKG設備以及其他便攜式醫療設備，都需要類似甚至更高的電源效率和處理能力。此外，這些設備必須堅固耐用、可靠和足夠輕，這樣才能被看成是“便攜”的。

就便攜式應用而言，主電源一般是大型單節鋰離子/聚合物電池，該電源可能提供高于或低于產品中3.3V系統電源的電壓。不管這類“便攜式”處理器系統是否是電池供電的，伴隨它們而來的其他復雜性包括：需要以特定順序對所有電源的接通和斷開排序;視系統處理需求的不同而不同，要能夠動態地調高和調低電源電壓。就系統設計師而言，滿足所有微處理器和有關應用的電源需求的單個集成式解決方案極其有利。要在多種應用中滿足這些需求，就需要一個高度靈活的、可編程和高效率的多輸出電源解決方案。

圖1 LTC3589的簡化方框圖

降壓-升壓功能的設計挑戰

今天功能豐富的新式電子系統大多數仍然需要+3V范圍內的電壓軌，例如，給汽車信息娛樂系統中的I/O或者外部設備軌供電。在電源管理IC(PMIC)中集成同步降壓-升壓開關功能后，允許跨2.7～5.5V的整個輸入電壓范圍以高效率實現 3.3V調節，從而產生更高的工作裕度。不過，以降壓-升壓設計實現高效率比簡單的降壓型DC/DC轉換器挑戰性高得多，尤其是，如果要求低噪聲和良好的負載階躍瞬態響應時，更是這樣。減少熱量，優化系統效率

很多任務業標準PMIC都帶有各種內置的線性穩壓器。不過，如果沒有用足夠的銅走線布線、散熱器或良好設計的輸入/輸出電壓和輸出電流值對線性穩壓器進行正確管理，那么線性穩壓器可能在PC板上產生局部的熱量“熱點”。或者，當輸入和輸出電壓之差很大，或如果輸出電流很大時，開關穩壓器可以提供效率更高的降壓方式。在今天具有內置低壓μP和具功能豐富的器件中，開關穩壓器的使用很普遍。因此，為大部分電壓軌部署基于開關模式的電源越來越重要了。不過，LDO提供低噪聲輸出和很高的PSRR性能，因此，必須評估這兩種權衡之策。在很多情況下，恰當的IC分區包括兩種類型的穩壓器。

今天，幾乎所有應用都對系統中的熱量很敏感。隨著處理性能和有關工作電流的上升，用開關穩壓器取代LDO變得越來越重要了。在高度集成的電源中尤其是這樣，因為單個IC散發熱量的能力是有限的。此外，視所執行的處理操作的不同而不同，實現最佳功耗需要對很多內核處理軌進行動態調節。要以較高的時鐘速率工作，較高的電源電壓是必需的。類似地，就處理任務不那么密集的工作模式而言，非常低的電壓就足夠了。既然相應的電源電流往往跟蹤輸入電源電壓，所以讓處理器以最低電源電壓工作是人們所希望的。要動態調節處理器電壓源需要諸如I2C這樣的串行端口來通報所發生的變化。今天的高端便攜式處理器幾乎全部支持這種功能，不過，利用這種功能需要一個同樣靈活和可編程的電源解決方案。

便攜式醫療和工業儀器中的電源管理問題

如同其他很多應用的情況一樣，低功率精確組件已經使便攜式醫療儀器出現了快速增長。不過，與其他很多應用不同，便攜式醫療產品除了要求重量輕以便于攜帶，一般還有高得多的可靠性、運行時間和堅固性標準。這種負擔大部分落在了電源系統及其組件上。醫療產品必須正確工作，而且視設計和輸入電源要求的不同而不同，常常必須在各種電源之間無縫切換。必須竭盡全力保護設備免受故障影響并能夠承受故障，必須在電池供電時最大限度地延長工作時間，并確保無論何時，只要有效電源存在，就能可靠運行。

此外，功率值隨著功能和有關電壓軌數量的增加而增加。除了遙遠地區應用所需維護要少、能承受極端的溫度變化以及受到機械振動或沖擊時不會損壞等要求以外，工業便攜式設備與醫療設備有很多相同的要求。

總之，系統設計師面臨的主要挑戰包括：

● 集成降壓-升壓型穩壓器