当今便携式应用处理器的电源管理解决方案的集成度越来越高。总功耗、待机和深度睡眠的电流消耗会影响电池的大小、物料单(BOM)的成本和产品的认知度。
当设计便携式设备—如智能电话或PDA—的时候,系统设计工程师必须考虑许多电源的变量。随着它们消耗的功率越来越大,智能电话要求高度集成的电源管理解决方案,以便在尽可能最小的PCB面积中实现电池寿命最长的设计目标。
当今的应用处理器需要为内核、I/O、存储器和外部设备等等提供不同的电源域。例如,LP3971就是一种设计用来满足所有这些要求的电源管理单元(PMU),它利用了3个高效率的降压转换器和6个低压差(LDO)调整器。
应用处理器需要多种电源电压,这些电压可以通过核心电源管理和系统的架构进行优
化。LP3971具有由I2C控制的输出电压、工厂可配置的上电顺列和缺省的输出电压,可以满足范围广阔的系统要求。
本文重点讨论如何利用诸如LP3971之类的器件与降压型转换器及LDO功能相结合,为PDA/智能电话应用中的微处理器的低电压供电。
当设计一个系统的时候,必须对架构进行平衡,包括成本、PCB面积、元器件大小、通话时间、待机时间、电池容量和进度表等等的要求。微处理器RAM需要1.5V、最大电流为400mA的电源。让我们从最简单、成本最低的解决方案—直接连接到锂电池的LDO—开始(下图1)。
电池电压将从4.2V开始跌落到3.2V,在该电平系统进入深度睡眠,直到电池被充电或更换。图2所示为一个典型的锂电池放电周期。
对于如图1所示的配置,LDO 5的效率将是:
LDO百分比效率= [(Vout * Iout) / Vin * (Iout + Iq)] * 100
对于本文中这个和其它的例子,相对Iout(400mA)而言,Iq因为非常小被忽略了(40mA)。
效率方程式然后变为:
百分比效率=[(Vout)/(Vin)] * 100。
对于Vin = 4.2V 且 Vout = 1.5V, LDO的效率为1.5/4.2 = 36%。总功率Pt = 4.2 * 0.400 = 1.70W。
所有没有被传递到输出负载的功率将以热量的形式在LDO内部被耗散掉。耗散功率为:
耗散(Pd) = (Vin - Vout) * Iout = (4.2 - 1.5) * 0.400 = 1.1W, 耗散为热量。