多種輸入電源進行自主管理和優(yōu)化實現(xiàn)方案

除了鋰和鎳電池，多種移動手持式設備通常由于安全、便利性和成本原因，會采用不可再充電或可再充電的兩節(jié)AA或AAA堿性電池供電。這些AA和AAA電池也用鎳氫金屬或新的圓柱型鋰化學材料制造。很多這些移動設備還通過USB和/或交流適配器供電。不過，管理多個進入手持式設備的輸入電源通路是一個日益復雜的任務，因為有多個具有排序要求的電源電壓、需要最佳效率以及空間非常有限。這些因素已經促進了面向空間受限型電池供電設備的高度集成電源管理IC(pMIC)的開發(fā)，這類設備的例子包括個人導航設備(pND)、數(shù)碼相機(DSC)、手持式計算機、媒體播放器、超小型錄像機和便攜式醫(yī)療設備。

使用由兩節(jié)AA/AAA電池和一個5V交流適配器/USB端口供電的手持式設備時，最大的難題之一是，能夠為主電源軌提供一個固定的3V或3.3V輸出，并為給一個微處理器或DSp內核電壓以及存儲器供電提供兩個低壓(1.Xv)輸出。如果該設備用一個5V交流適配器/USB端口供電時，那么只需要降壓型DC/DC轉換。然而，如果該設備由兩節(jié)堿性電池供電，那么就需要一個降壓-升壓型DC/DC轉換器，以提供3V或3.3V主電源軌，同時還需要降壓型DC/DC轉換器為低壓(1.xV)軌供電。這是因為，兩節(jié)AA電池(鎳或堿性)的放電曲線從約3.25V開始并下降至約1.8V。不過，如果使用新的圓柱型鋰AA和AAA電池，這一范圍向上移動約0.3V(高壓端移動至約3.6V)，從而進一步導致需要一個降壓-升壓型轉換器在整個電池放電電壓范圍內調節(jié)3.0V/3.3V軌。

此外，自主管理和優(yōu)化諸如USB、交流適配器和電池等輸入電源之間的選擇同時最大限度降低便攜式手持產品中產生的熱量帶來了極大的設計挑戰(zhàn)。設計師們傳統(tǒng)上一直用MOSFET和運算放大器等分立組件來執(zhí)行這一功能，但是也一直面臨著熱插拔、產生過多熱量、至負載的大浪涌電流和大電壓瞬態(tài)等問題，所有這些問題對系統(tǒng)可靠性都有負面影響。

很多模擬pMIC提供多種片上線性穩(wěn)壓器。不過，線性穩(wěn)壓器如果沒有用充足的銅走線布線、散熱器或良好設計的輸入/輸出電壓和輸出電流恰當?shù)毓芾恚涂赡茉诋a品中產生局部熱點。或者，當輸入和輸出電壓之差大和/或如果輸出電流大時，開關穩(wěn)壓器提供更高效率的降壓方式。它們的使用在今天功能豐富和具有片上低壓微處理器的器件中很普遍。結果，為大多數(shù)電壓軌實現(xiàn)基于開關模式的電源成為必然之事。既然線性電池充電器是一個熱源，那么它們也帶來熱量問題。

由多節(jié)AA/AAA電池供電型電子設備的系統(tǒng)設計師的關鍵挑戰(zhàn)包括：

•用兩節(jié)或3節(jié)AA/AAA外型尺寸(一次性電池)的電池為IC供電；

•在整個電池放電電壓范圍內調節(jié)3V或3.3V

•有效地提供額外的系統(tǒng)電壓軌

•最大限度減小任何作為熱量耗散的功率

•管理多個輸入電源之間的電源選擇

•為多個電壓軌提供正確的加電排序

•最大限度減小從電池抽取的備用或無負載電流

•最大限度減小解決方案占板面積和高度

凌力爾特公司的pMIC具有電源通路(powerpath™)控制和其它最佳集成功能構件，如高效率可編程降壓-升壓型和降壓型開關穩(wěn)壓器，簡單且非常容易地解決了這些設計難題。這是因為凌力爾特公司已經采取了不同的pMIC開發(fā)方法，運用更加嚴格篩選的集成度提供一個緊湊型解決方案，而且沒有任何性能折中。

凌力爾特公司很多pMIC的關鍵功能是電源通路控制。這種自動負載優(yōu)先處理能夠自主和無縫地管理諸如USB端口、交流適配器和電池等多個輸入電源之間的電源通路，而且在有些情況下(線性和開關模式)可以控制向負載的供電。低損耗開關電源通路控制不控制到負載的功率，但是確實比傳統(tǒng)工業(yè)pMIC控制方法有很多優(yōu)勢。輸入功率從兩個輸入電源(諸如兩節(jié)AA或AAA電池或一個USB/交流適配器電源輸入)中的任意一個饋送到IC，而且電源通路是自動選擇的。輸出軌從任意一個使用高效率開關穩(wěn)壓器的輸入電壓源產生。降壓型穩(wěn)壓器有3個而不是典型的兩個開關FET。其優(yōu)點是在輸入端去除了一個串聯(lián)電源控制組件(降壓型穩(wěn)壓器或線性穩(wěn)壓器)，從而提高了效率并降低了產生的熱量。從本質上講，它是一個零損耗或低損耗的開關電源通路。

此外，在傳統(tǒng)的電池饋電充電系統(tǒng)中，用戶必須等待，直到提供充足的電池充電和電壓，以獲得系統(tǒng)功率。因此，低損耗(和其它類型)電源通路控制的一個附加好處是，不管電池的充電狀態(tài)，在加上USB輸入時，都能即時接通工作，所有輸出將立即有效。