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移动设备用高性能通用型电源IC近期发展
来源:今日电子 作者:岳云 2004/2/1 0:00:00 人气:1167
内容导读:

----随着笔记本电脑、移动电话、PDA等移动设备的不断发展,其电源IC的品种也因追求设备高性能化的缘故而日渐繁多。CPU、微控制器、DSP等各自需要固有的工作电压,使得设备中的工作电压至少已达5种之多,并会随所用器件版本的不同而发生变化。另外,为了实现移动设备的体小量轻和更长的电池使用寿命,少数半导体芯片的功耗反而会增加。在这种情况下,采用标准化的电源IC或定制电源已呈落伍之势,而具有高灵活性和高性能的小型通用电源IC则渐成新宠。本文以美国凌特公司(Linear Technology)推出的几款产品为例对近期移动设备用电源IC的发展动向做概要介绍。

---- 一、面向中等功率电池驱动型应用的开关稳压器IC
--1.同步整流开关稳压器控制器IC
--在50W左右的中等功率应用(例如笔记本电脑的电池驱动)中,同步整流型开关稳压器可以说已经成为一种主流产品。同步整流型架构大约是在10年之前作为开关稳压器控制器而实现IC化的。当时,它使得降压操作的效率从原先的70%~80%提高到了90%以上,从而大幅度地延长了笔记本电脑的运行时间。随着CPU性能的提高,功率要求也变得越来越高,凌特公司最近推出的LTC1778通过用功率晶体管的接通电阻来替换会产生损耗的检测电阻的方法获得了超过95%的效率。
--在追求高效率的同时,人们还为能够提供更高的功率而引入了多相架构。LTC1628是凌特公司于4年前推出的两通道、两相开关稳压器控制器IC。它采用使两个通道异相工作的时钟来进行驱动,使得输入电容器的容许电流减小了50%,输入噪声和电容器的数目也有所减少(图1),主要用于个人电脑等的5V/3.3V系统电源。为了与更高的功率要求相对应,凌特公司又开发出了LTC1629,它利用级联连接实现了12相(最大)操作和200A的供电电流,可用于功率超过100W的服务器电源。


--目前,随着器件的设定振荡频率的提高,凌特公司推出了电感器及电容器外形尺寸更加小巧的LTC3728、LTC3729以及可用于为CPU内核等提供大功率的单通道、三相同步降压型开关稳压器控制器LTC3731产品系列。这些IC主要应用于笔记本电脑的系统电源和I/O等,此外还可在诸如车载导航、PDP、LCD电视和数字家电等具有计算机型内部结构的众多产品中得到广泛应用。
--2.同步整流单片稳压器IC
--在同步整流型IC的发展历程中一直都是以外部功率MOSFET作为控制器,不过,具有约10W最高功率的内置功率MOSFET的稳压器IC已开始呈上升之势(图2)。

以LTC3411(1.25A)、LTC3412(2.5A)和LTC3414(4A)为代表的降压型转换器不仅结构非常简单而且节省占用空间。另外,还可采用高达4MHz的振荡频率以及外形纤巧的电感器等外部元件。预计采用同步整流 + 功率FET + 小外形封装的升压及升压/降压型稳压器IC的面市已经为期不远了。

二、便携式终端用电源
--1.单节锂离子电池至3.3V
--出于性能的考虑,移动设备一般采用可再充电型锂离子电池。单节锂离子电池能够提供2.8~4.3V 的可用电压,对于要求3.3V系统电压的场合,当输入低于3.3V时需要进行升压操作,而当输入高于3.3V时则需进行降压操作。过去采用的是由开关电源来升压、而由线性稳压器来降压的效率非常低的方法以及需要使用两个电感器的开关电源SEPIC电路,结果,当输入低于3.3V时电池电压会出现不稳定,从而引发诸多问题。
--LTC3440是可利用高于、低于或等于输出电压的输入电压进行固定频率操作的高效同步整流升压/降压型DC/DC转换器(图3)。该器件可在上述条件下提供稳定的3.3V输出。与SEPIC电路不同的是它只需一个电感器就能够进行升压/降压操作,并利用同步整流实现了高达96%的效率(图4)。另外,这款器件无需使用肖特基二极管,并内置了输出FET。
--LTC3440的输入输出范围为2.5~5.5V(最适合采用单节锂离子电池),可设置振荡频率范围为300kHz~2MHz,并内置软启动、热关断和限流保护功能,封装型式为热特性增强型10引脚MSOP,可广泛应用于各种手持式设备、移动设备和数码相机等。
--2.CPU、DSP用低压电源IC
--作为要求2.5V或1.8V工作电压的CPU内核及DSP等的降压专用IC,LTC3405和LTC3406得到了用户很高的评价。这两款输出电流分别为300mA和600mA的同步整流型DC/DC转换器能够利用单节锂离子电池或稳定的3.3V输入获得2.5V、1.8V和最小0.8V的输出。所需的元件基本上都内置于高度为1mm的ThinSOT封装中,仅需的外部元件是两个电容器和一个电感器(固定电压器件版本)。由于可采用1.5MHz振荡频率和陶瓷电容器,因而能够使用体积更小的元件(图5)。
--3.LCD用电源
--目前,移动电话所使用的彩色液晶屏有两个主要发展趋势,一是屏幕尺寸变大,二是屏幕数量增多。另外,越来越多的移动电话开始配备照相功能。与LCD画面相关的电源包括偏压用、背光源用和照相机用等等。
--用于LCD偏压的新产品——微功率升压型转换器LT3464采用ThinSOT封装,内置肖特基二极管并安装了输出断接电路。该器件可分别由3.6V和5V输入来提供16V/8mA和12V/20mA输出,最大输出电压为34V。升压型转换器在电路结构上存在这样一个问题,就是即使在输出被切断的时候输出端上也会出现与输入电压相近的电压,因此短路保护不能简单从事。但LT3464内置了输出断接用PNP晶体管,即便在器件关断状态下也不会产生电压,因此除了LCD偏压之外还可应用于许多其他升压用途(图6)。
--适合于驱动LCD背光源(串联LED)并能够防止LED亮度不均的开关稳压器IC——LT1618(最多可驱动32个白光LED)、LT1932(最多可驱动16个白光LED)、LT1937(最多可驱动3个白光LED)、将外部肖特基二极管内置的LT3465(最多可驱动6个白光LED)以及具有上佳的噪声性能且所需元件数目较少的LTC3200、LTC3201、LTC3202(最多可驱动6个并联白光LED)系列器件均已由凌特公司推向市场,它们适合用作根据纷繁复杂的条件来对多个LED进行驱动的器件。由于便携式设备的LCD光源会消耗一定的功率,因而对驱动器的效率也有着很高的要求(图7)。
--参考文献
--1 Linear Technology Data Sheet
--2 《今日电子》2003年电源增刊

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