中心議題：

• 手機的電源管理設計趨勢
• 手機的電源管理的解決方案
• 拍照功能引發的挑戰
• 電池充電解決方案

解決方案：

• 采用新型封裝的線性電池充電器
• 帶過流保護功能的脈衝充電器

不斷增多的功能使手機設計麵臨更嚴峻的電源管理挑戰。本文從電壓轉換、穩壓
、閃光燈電路、電池充電等方麵分析了未來手機的電源管理設計趨勢和各種相應的解決方案。

3G手機不僅可以瀏覽網頁
、發送電子郵件
、paisheshumaxiangpian，shenzhinengbofangshipinliu。shoujizhizaoshangzhengmianlinyuelaiyuedadeyali，yinweitamenbixubazhexiegongnengjichengjinbuduansuoxiaodetijinei，tongshiyaorangshoujiweichijiaochangdegongzuoshijian。

                                             

從圖1keyikanchu，buduanzengduodegongnengcushishoujixuyaogengduobutonggonglvshuipingdedidianyashuchudianping。yigelizishiyongyutuxiangchulideyingyongchuliqi
，tazaishipinbuhuoqijianxuyaogaoda360mw的功率。在滿負荷運行時，手機內部係統的負載所需的峰值功率通常將超過4W。這麼高的功率會很快耗盡電池的能量。影響電池運行時間的另一重要因素是電源效率和係統電源管理。
　　
低(di)電(dian)源(yuan)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)將(jiang)導(dao)致(zhi)發(fa)熱(re)。這(zhe)種(zhong)熱(re)量(liang)是(shi)因(yin)為(wei)電(dian)壓(ya)調(tiao)節(jie)器(qi)在(zai)能(neng)量(liang)轉(zhuan)換(huan)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)功(gong)率(lv)損(sun)失(shi)而(er)產(chan)生(sheng)的(de)。但(dan)手(shou)機(ji)中(zhong)沒(mei)有(you)用(yong)於(yu)冷(leng)卻(que)的(de)風(feng)扇(shan)或(huo)散(san)熱(re)片(pian)，而(er)隻(zhi)有(you)密(mi)集(ji)封(feng)裝(zhuang)的(de)印(yin)製(zhi)電(dian)路(lu)板(ban)。因(yin)此(ci)沒(mei)有(you)任(ren)何(he)通(tong)道(dao)可(ke)讓(rang)熱(re)量(liang)散(san)出(chu)。這(zhe)些(xie)熱(re)量(liang)會(hui)縮(suo)短(duan)電(dian)池(chi)壽(shou)命(ming)，並(bing)降(jiang)低(di)產(chan)品(pin)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)。
　　
由於電壓轉換期間會產生熱量，業界需要重新考慮應該采用何種穩壓器。目前，製造商正在采用開關調節器取代簡單但低效的線性低壓降(LDO)穩壓器，因為開關調節器具有更高的效率。
　　
對於可滿足手機內部電源轉換需求的不同電壓穩壓器

，我們必須認真考慮它們的優缺點(見表1)。目前有三種選擇：線性LDO穩壓器、無電感型開關穩壓器(亦稱為充電泵)以及傳統的開關穩壓器(基於電感器)。

                                    

線性LDO穩(wen)壓(ya)器(qi)被(bei)認(ren)為(wei)是(shi)最(zui)簡(jian)單(dan)的(de)方(fang)案(an)，它(ta)隻(zhi)能(neng)將(jiang)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)轉(zhuan)換(huan)到(dao)更(geng)低(di)的(de)電(dian)壓(ya)。它(ta)最(zui)顯(xian)著(zhu)的(de)缺(que)點(dian)是(shi)熱(re)量(liang)管(guan)理(li)
，因(yin)為(wei)它(ta)的(de)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)接(jie)近(jin)於(yu)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)與(yu)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)的(de)比(bi)值(zhi)。例(li)如(ru)，一(yi)個(ge)LDO的輸入端是標稱為3.6V的單單元鋰離子電池，它在輸出電流為200mA時提供1.8V的輸出電壓，以驅動圖像處理器。那麼，它的轉換效率隻有50%，因此它會在手機內部產生熱點，同時會縮短電池使用時間。
　　
開關穩壓器可避開所有線性穩壓器的效率缺點。通過使用低阻抗開關和磁存儲組件
，開關穩壓器的效率能達到96%，從而顯著減少轉換過程的功率損耗。由於工作在非常高的開關頻率(大於2MHz)，這可以減小外部電感和電容的尺寸。開關穩壓器的缺點比較少，而且能夠通過良好的設計技術加以克服。
　　
介(jie)於(yu)線(xian)性(xing)穩(wen)壓(ya)器(qi)與(yu)傳(chuan)統(tong)開(kai)關(guan)穩(wen)壓(ya)器(qi)之(zhi)間(jian)的(de)是(shi)充(chong)電(dian)泵(beng)。在(zai)充(chong)電(dian)泵(beng)中(zhong)，外(wai)部(bu)儲(chu)能(neng)元(yuan)件(jian)是(shi)電(dian)容(rong)而(er)不(bu)是(shi)電(dian)感(gan)。由(you)於(yu)沒(mei)有(you)電(dian)感(gan)，它(ta)可(ke)以(yi)減(jian)輕(qing)潛(qian)在(zai)的(de)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)問(wen)題(ti)
，以(yi)免(mian)影(ying)響(xiang)敏(min)感(gan)的(de)RF接收器或藍牙芯片組。充電泵的缺點是有限的輸入輸出電壓比以及有限的輸出電流能力。
　　
拍照功能引發的挑戰
　　
許多3Gshoujidounengpaizhaoshenzhichuansongshipinliu。buguo
，dangxiaofeizhekaishijieshouzhexieneizhixiangjideshoujishi，tamenyaoqiuyongyougenggaozhiliangdeshexiangnengli。yejieyijingzhunbeicaiyonggaijindetuxiangchuanganqiheguangxuexitong
，dangongchengshiyaotebieguanzhugaozhiliangde“閃光”照明。閃光燈是獲得良好攝像性能的關鍵，但當你準備在結構緊湊的3G手機上實現這項功能時必須謹慎考慮。
　
對於兩百萬像素照相手機
，內置閃光燈的尺寸和性能是係統設計師需要考慮的兩個關鍵因素。現在，閃光照明有兩種實際選擇：白光LED(發光二極管)和閃光燈。表2比較了LED與閃光燈的性能。LED的優勢是具有連續工作能力


，而且隻需要低密度的支持電路。
　　
然而，閃光燈擁有一些對高質量攝像特別重要的特性。它的線源光輸出是點源LED的數百倍，因而可以在大範圍內產生密集且容易發散的光線。此外
，閃光燈的色溫是5500°K至6000°K
，這非常接近自然光，從而消除了白光LED在藍光峰值輸出時所需的色彩校正。
　　
大(da)多(duo)數(shu)設(she)計(ji)師(shi)希(xi)望(wang)擁(yong)有(you)氙(xian)閃(shan)光(guang)燈(deng)的(de)性(xing)能(neng)，但(dan)他(ta)們(men)必(bi)須(xu)保(bao)證(zheng)電(dian)路(lu)尺(chi)寸(cun)和(he)複(fu)雜(za)度(du)不(bu)會(hui)對(dui)方(fang)案(an)的(de)具(ju)體(ti)實(shi)現(xian)造(zao)成(cheng)負(fu)麵(mian)影(ying)響(xiang)。要(yao)更(geng)好(hao)地(di)理(li)解(jie)與(yu)此(ci)任(ren)務(wu)相(xiang)關(guan)的(de)設(she)計(ji)困(kun)難(nan)，設(she)計(ji)師(shi)必(bi)須(xu)仔(zai)細(xi)考(kao)慮(lv)閃(shan)光(guang)燈(deng)的(de)物(wu)理(li)尺(chi)寸(cun)和(he)操(cao)作(zuo)以(yi)及(ji)為(wei)了(le)確(que)保(bao)它(ta)安(an)全(quan)、正確地工作所需的支持電路。
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閃光燈及其支持電路
　　
閃(shan)光(guang)燈(deng)通(tong)常(chang)是(shi)一(yi)個(ge)充(chong)滿(man)氙(xian)氣(qi)的(de)圓(yuan)柱(zhu)形(xing)玻(bo)璃(li)管(guan)
，其(qi)陽(yang)極(ji)與(yu)陰(yin)極(ji)都(dou)直(zhi)接(jie)與(yu)氙(xian)氣(qi)接(jie)觸(chu)
，而(er)沿(yan)燈(deng)管(guan)外(wai)表(biao)麵(mian)分(fen)布(bu)的(de)觸(chu)發(fa)電(dian)極(ji)則(ze)不(bu)與(yu)氙(xian)氣(qi)接(jie)觸(chu)。氣(qi)體(ti)擊(ji)穿(chuan)電(dian)壓(ya)一(yi)般(ban)是(shi)在(zai)幾(ji)千(qian)伏(fu)範(fan)圍(wei)內(nei)。一(yi)旦(dan)發(fa)生(sheng)擊(ji)穿(chuan)，燈(deng)阻(zu)抗(kang)會(hui)下(xia)降(jiang)到(dao)1W以下，此時流過擊穿氣體的高電流就會產生強烈的可見光。
　　
閃光燈由觸發電路和一個可產生高瞬態電流的儲能電容控製。工作時
，閃光電容器一般被充電至300V。最(zui)初(chu)，電(dian)容(rong)器(qi)不(bu)能(neng)放(fang)電(dian)，因(yin)為(wei)閃(shan)光(guang)燈(deng)處(chu)於(yu)高(gao)阻(zu)抗(kang)狀(zhuang)態(tai)。但(dan)當(dang)觸(chu)發(fa)電(dian)路(lu)接(jie)到(dao)命(ming)令(ling)後(hou)即(ji)會(hui)給(gei)燈(deng)施(shi)加(jia)數(shu)千(qian)伏(fu)的(de)高(gao)壓(ya)，於(yu)是(shi)燈(deng)被(bei)擊(ji)穿(chuan)，從(cong)而(er)使(shi)電(dian)容(rong)器(qi)放(fang)電(dian)。對(dui)閃(shan)光(guang)重(zhong)複(fu)率(lv)的(de)主(zhu)要(yao)限(xian)製(zhi)是(shi)燈(deng)能(neng)否(fou)安(an)全(quan)散(san)熱(re)。第(di)二(er)個(ge)限(xian)製(zhi)是(shi)充(chong)電(dian)電(dian)路(lu)給(gei)閃(shan)光(guang)電(dian)容(rong)器(qi)充(chong)滿(man)電(dian)所(suo)需(xu)的(de)時(shi)間(jian)。根(gen)據(ju)目(mu)前(qian)的(de)輸(shu)入(ru)功(gong)率(lv)

、電容值及充電電路特性，充電時間一般在1到5秒之間。
　　
閃光電容器充電器基本上是一種具有某些特殊能力的變壓器耦合升壓轉換器。當其“充電”控製線為高電位時，穩壓器同步內部功率開關，使升壓變壓器產生高電壓脈衝。然後，這些脈衝再經整流和濾波，產生300V的直流輸出
，其轉換效率高達80%。
　　
淩特提供一種可滿足以上所有技術及性能要求的完整閃光燈電路。通過利用LT3468-1(一款采用SOT-23封裝的閃光電容器充電器)
，該解決方案可提供適合3G手機的緊湊外形。

                                                   

圖2左上方是電容器充電電路。一個肖特基二極管(D2)用來安全箝位T1引起的反向瞬態電壓。升壓變壓器T2用來產生高電壓觸發脈衝。假設C1被完全充電，那麼當Q1-Q2使Q3導通時

，C2將電流儲存進T2主端。然後，T2副端將高壓觸發脈衝提供給閃光燈，使其電離並導電。C1通過閃光燈放電，從而實現發光。整個電路占位麵積小於400mm2且高度不超過6mm(包括閃光燈在內)。
　　
電池充電解決方案
　　
事實上

，所有3G手(shou)機(ji)都(dou)采(cai)用(yong)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)作(zuo)為(wei)主(zhu)電(dian)源(yuan)。由(you)於(yu)散(san)熱(re)及(ji)空(kong)間(jian)的(de)限(xian)製(zhi)
，設(she)計(ji)師(shi)必(bi)須(xu)仔(zai)細(xi)考(kao)慮(lv)選(xuan)用(yong)何(he)種(zhong)類(lei)型(xing)的(de)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)器(qi)，以(yi)及(ji)還(hai)需(xu)要(yao)哪(na)些(xie)特(te)性(xing)來(lai)確(que)保(bao)對(dui)電(dian)池(chi)進(jin)行(xing)安(an)全(quan)及(ji)精(jing)確(que)的(de)充(chong)電(dian)。
　　
線性鋰離子電池充電器的一個明顯趨勢是封裝尺寸繼續減小。但值得關注的是在充電周期(尤其在高電流階段)冷卻IC所需的板空間或通風條件。充電器的功耗會使IC的接合部溫度上升。加上環境溫度，它會達到足夠高的水平
，使ICguorebingjiangdidianlukekaoxing。ciwai，ruguoguore
，xuduochongdianqihuitingzhichongdianzhouqi
，zhiyoudangjiehebuwenduxiajianghoucaihuifugongzuo。ruguozhezhonggaowenchixucunzai
，namechongdianqi“停止和開始”defanfuxunhuanyejiangjixufasheng，congeryanchangchongdianshijian。weijianshaozhexiefengxian，yonghuzhinengxuanzejianxiaochongdiandianliulaiyanchangchongdianshijianhuozengdabanmianjilaisanre。yinci，youyuzengjialePCB散熱麵積及熱保護材料
，整個係統成本也將上升。
　　
對此問題有兩種解決方案。首先
，需要一種智能的線性鋰離子電池充電器，它不必為擔心散熱而犧牲PCB麵mian積ji
，並bing采cai用yong一yi種zhong小xiao型xing的de熱re增zeng強qiang封feng裝zhuang，允yun許xu它ta監jian視shi自zi己ji的de接jie合he部bu溫wen度du以yi防fang止zhi過guo熱re。如ru果guo達da到dao預yu設she的de溫wen度du閾yu值zhi
，充chong電dian器qi能neng自zi動dong減jian少shao充chong電dian電dian流liu以yi限xian製zhi功gong耗hao
，從cong而er使shi芯xin片pian溫wen度du保bao持chi在zai安an全quan水shui平ping。第di二er種zhong解jie決jue方fang案an是shi使shi用yong一yi種zhong即ji使shi充chong電dian電dian流liu很hen高gao時shi也ye幾ji乎hu不bu發fa熱re的de充chong電dian器qi。這zhe要yao求qiu使shi用yong脈mai衝chong充chong電dian器qi，它ta是shi一yi種zhong完wan全quan不bu同tong於yu線xian性xing充chong電dian器qi的de技ji術shu。脈mai衝chong充chong電dian器qi依yi靠kao經jing過guo良liang好hao調tiao節jie且qie電dian流liu受shou限xian的de牆qiang上shang適shi配pei器qi來lai充chong電dian。
　　
方案一：LTC4059A線性電池充電器
　　
LTC4059A是(shi)一(yi)款(kuan)用(yong)於(yu)單(dan)節(jie)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)的(de)線(xian)性(xing)充(chong)電(dian)器(qi)，它(ta)無(wu)需(xu)使(shi)用(yong)三(san)個(ge)分(fen)立(li)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)
，可(ke)快(kuai)速(su)充(chong)電(dian)而(er)不(bu)用(yong)擔(dan)心(xin)係(xi)統(tong)過(guo)熱(re)。監(jian)視(shi)器(qi)負(fu)責(ze)報(bao)告(gao)充(chong)電(dian)電(dian)流(liu)值(zhi)，並(bing)指(zhi)示(shi)充(chong)電(dian)器(qi)是(shi)何(he)時(shi)與(yu)輸(shu)入(ru)電(dian)源(yuan)連(lian)接(jie)的(de)。它(ta)采(cai)用(yong)盡(jin)可(ke)能(neng)小(xiao)的(de)封(feng)裝(zhuang)但(dan)沒(mei)有(you)犧(xi)牲(sheng)散(san)熱(re)性(xing)能(neng)。整(zheng)個(ge)方(fang)案(an)僅(jin)需(xu)兩(liang)個(ge)分(fen)立(li)器(qi)件(jian)(輸入電容器和一個充電電流編程電阻)，占位麵積為2.5mmx2.7mm。LTC4059A采用2mmx2mmDFN封裝
，占位麵積隻有SOT-23封裝的一半

，並能提供大約60°C/W的低熱阻
，以提高散熱效率。通過適當的PCB布局及散熱設計
，LTC4059A可以在輸入電壓為5V的情況下以最高900mA的電流對單節鋰離子電池安全充電。此外，設計時無需考慮最壞情況下的功耗，因為LTC4059A采用了專利的熱管理技術，可以在高功率條件(如環境溫度過高)下自動減小充電電流。
　　
方案二：帶過流保護功能的LTC4052脈衝充電器
　　
LTC4052是一款全集成的脈衝充電器，用於單節4.2V鋰離子/鋰聚合物電池。當輸入電壓為5.25V並以0.8A電流進行快速充電時，LTC4052的功耗大約為280mW

，而線性充電器解決方案的功耗則高達1.8W。與采用電感來獲得高效率和低散熱的開關充電器不同，LTC4052采用無電感設計。利用LTC4052設計的700mA至2A鋰離子/鋰聚合物電池充電器電路僅占70mm2的麵積

，且高度低於1.7mm。通過將功耗減至最低水平，LTC4052可放寬終端設備對熱設計的要求，允許采用更小的封裝、更小的散熱氣流以及更小的PCB麵積，而且能消除熱點
，無需使用散熱片或風扇。

                                          

LTC4052需xu要yao一yi個ge電dian流liu受shou限xian的de牆qiang上shang適shi配pei器qi，以yi控kong製zhi充chong電dian電dian流liu的de大da小xiao。它ta還hai需xu配pei備bei過guo流liu保bao護hu電dian路lu，以yi便bian在zai意yi外wai使shi用yong較jiao高gao電dian流liu或huo牆qiang上shang適shi配pei器qi發fa生sheng故gu障zhang時shi能neng提ti供gong保bao護hu。LTC4052是一款全集成的脈衝充電器，無需使用外部MOSFET或阻流二極管(見圖3)。這款獨立的充電器IC具有C/10檢測、充電狀態指示、充電結束定時器、牆上適配器檢測及過流保護等功能。LTC4052的輸入電源可以是4.5V到12V，並具有1%的飄移電壓精度。

隨著在3G手機的功能不斷增加，淩特將繼續推出各種創新的IC，使這些手機不僅能維持目前的外形尺寸，而且還不用犧牲性能
、可靠性及電池使用壽命。