中心議題：

• 解讀手機電源管理技術方案

解決方案：

• 在提高電能的轉化效率上處理
• 在提高電能的使用效率上改善

隨sui著zhe手shou機ji的de功gong能neng越yue來lai越yue多duo，用yong戶hu對dui手shou機ji電dian池chi的de能neng量liang需xu求qiu也ye越yue來lai越yue高gao，現xian有you的de鋰li離li子zi電dian池chi已yi經jing越yue來lai越yue難nan以yi滿man足zu消xiao費fei者zhe對dui正zheng常chang使shi用yong時shi間jian的de要yao求qiu。對dui此ci
，業ye界jie主zhu要yao采cai取qu兩liang種zhong方fang法fa
，一yi是shi開kai發fa具ju備bei更geng高gao能neng量liang密mi度du的de新xin型xing電dian池chi技ji術shu，如ru燃ran料liao電dian池chi
；二是在電池的能量轉換效率和節能方麵下功夫。

為(wei)手(shou)機(ji)提(ti)供(gong)電(dian)能(neng)的(de)技(ji)術(shu)在(zai)最(zui)近(jin)幾(ji)年(nian)雖(sui)有(you)不(bu)少(shao)創(chuang)新(xin)和(he)發(fa)展(zhan)
，但(dan)是(shi)還(hai)遠(yuan)遠(yuan)不(bu)能(neng)滿(man)足(zu)手(shou)機(ji)功(gong)能(neng)發(fa)展(zhan)的(de)需(xu)要(yao)，因(yin)此(ci)如(ru)何(he)提(ti)高(gao)電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)技(ji)術(shu)並(bing)延(yan)長(chang)電(dian)池(chi)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)
，已(yi)經(jing)成(cheng)為(wei)手(shou)機(ji)開(kai)發(fa)設(she)計(ji)中(zhong)的(de)主(zhu)要(yao)挑(tiao)戰(zhan)之(zhi)一(yi)。

同時
，設計者還必須明白消費者對手機的要求
，這主要體現在以下幾個方麵：第一
，體積小。這要求提高係統的集成度，縮小元器件的封裝體積，減小PCB板的麵積，這可能會增加設計中解決電磁幹擾(EMI)的(de)難(nan)度(du)。第(di)二(er)，重(zhong)量(liang)輕(qing)。要(yao)求(qiu)使(shi)用(yong)高(gao)效(xiao)能(neng)的(de)電(dian)池(chi)，在(zai)有(you)限(xian)的(de)體(ti)積(ji)和(he)重(zhong)量(liang)下(xia)
，提(ti)高(gao)電(dian)池(chi)的(de)能(neng)量(liang)密(mi)度(du)。目(mu)前(qian)大(da)部(bu)分(fen)手(shou)機(ji)都(dou)使(shi)用(yong)單(dan)節(jie)鋰(li)離(li)子(zi)或(huo)鋰(li)聚(ju)合(he)物(wu)的(de)電(dian)池(chi)，容(rong)量(liang)為(wei)850-1000mAH。disan
，tonghuashijianchang。yaoqiutigaogongzuoshiduidianchizhongdiannengdezhuanhuanxiaolv
，jianshaodaijishideloudiandianliu
，tigaoshiyongxiaolv。disi，jiagebianyi。yaoqiuchanpindefanganjichengdugao


，fenliqijianshaoerqiechengbendilian。diwu，chanpingengxinkuai。yaoqiuyuanqijianjiandanyiyong、便於設計使用
，硬件軟件平台統一，便於增加新的功能和特色。

因此，手機的電源管理要在進行手機係統方案設計時綜合考慮，平衡省電、成本

、體(ti)積(ji)和(he)開(kai)發(fa)時(shi)間(jian)等(deng)多(duo)種(zhong)因(yin)素(su)，進(jin)行(xing)最(zui)佳(jia)選(xuan)擇(ze)。總(zong)的(de)來(lai)講(jiang)，可(ke)以(yi)從(cong)提(ti)高(gao)電(dian)能(neng)的(de)轉(zhuan)化(hua)效(xiao)率(lv)和(he)提(ti)高(gao)電(dian)能(neng)的(de)使(shi)用(yong)效(xiao)率(lv)兩(liang)方(fang)麵(mian)著(zhe)手(shou)進(jin)行(xing)手(shou)機(ji)的(de)整(zheng)體(ti)電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)。

一、提高電能的轉化效率

隨著對電源管理要求的不斷提高，手持設備中的電源變換從以往的線性電源逐漸走向開關式電源。但並非開關電源可以代替一切，二者有各自的優勢和劣勢，適用於不同的場合。

·線性電源

LDO具有成本低、封裝小、外圍器件少和噪音小的特點。在輸出電流較小時，LDO的成本隻有開關電源的幾分之一。LDO的封裝從SOT23到SC70


、QFN
，直至WCSP晶圓級芯片封裝，非常適合在手持設備中使用。對於固定電壓輸出的使用場合，外圍隻需2到3個很小的電容即可構成整個方案。

超低的輸出電壓噪聲是LDO最大的優勢。TI的TPS793285輸出電壓的紋波不到35μVrms，又有極高的信噪抑製比，非常適合用作對噪聲敏感的RF和音頻電路的供電電路。同時在線性電源中因沒有開關時大的電流變化所引發的電磁幹擾(EMI)，所以便於設計。

但LDO的缺點是低效率，且隻能用於降壓的場合。LDO的效率取決於輸出電壓與輸入電壓之比：η=VoutVin。在輸入電壓為3.6V(單節鋰電池)的情況下
，輸出電壓為3V時
，效率為90.9%

，而在輸出電壓為1.5V時
，效率則下降為41.7%。這樣低的效率在輸出電流較大時，不僅會浪費很多電能
，而且會造成芯片發熱影響係統穩定性。

·開關式電源

電感式開關電源是利用電感作為主要的儲能元件
，為負載提供持續不斷的電流。通過不同的拓撲結構，這種電源可以完成降壓、升壓和電壓反轉的功能。

電感式開關電源具有非常高的轉換效率。在產品工作時主要的電能損耗包括：內置或外置MOSFET的導通損耗，主要與占空比和MOSFET的導通電阻有關；動態損耗，包括高側和低側MOSFET同時導通時的開關損耗和驅動MOSFET開關電容的電能損耗，主要與輸入電壓和開關頻率有關
；靜態損耗，主要與IC內部的漏電流有關。

在電流負載較大時，這些損耗都相對較小，所以電感式開關電源可以達到95%的效率。但是在負載較小時，這些損耗就會相對變得大起來，影響效率。這時一般通過兩種方式降低導通損耗和動態損耗
，一是PWM模式：開關頻率不變，調節占空比。二是PFM模式：占空比相對固定，調節開關頻率。

電感式開關電源的缺點在於電源方案的整體麵積較大(主要是電感和電容)，輸出電壓的紋波較大。在PCB布板時必須格外小心以避免電磁幹擾(EMI)。

為了減小對大電感和大電容的需要以及減小紋波，提高開關頻率是非常有效的辦法。TI的TPS62040的開關頻率達1.2MHz，當輸出電流為1.2A時
，外部電感隻需6.2μH。今後TI還會推出開關頻率更高的產品。
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·電容式開關電源

電荷泵是利用電容作為儲能元件，其內部的開關管陣列控製著電容的充放電。為了減少由於開關造成的EMI和電壓紋波
，很多IC中采用雙電荷泵的結構。電荷泵同樣可以完成升壓、降壓和反轉電壓的功能。

由於電荷泵內部機構的關係
，當輸出電壓與出入電壓成一定倍數關係時，比如2倍或1.5倍，最高的效率可達90%以上。但是效率會隨著兩者之間的比例關係而變化
，有時效率也可低至70%以下。所以設計者應盡量利用電荷泵的最佳轉換工作條件。

由於儲能電容的限製
，輸出電壓一般不超過輸入電壓的3倍，而輸出電流不超過300mA。電荷泵特性介於LDO和電感式開關電源之間，具有較高的效率和相對簡單的外圍電路設計
，EMI和紋波的特性居中，但是有輸出電壓和輸出電流的限製。

二
、提高電能的使用效率

在手機中

，減少能量的浪費、將盡量多的可用電能用於實際需要的地方，是省電的關鍵。

·信號處理係統

信號處理係統主要是信號處理器shishoujidehexinbufen
，tarutongrendexinzang
，huiyizhigongzuo
，yincitayeshiyigezhuyaodeshoujidiannengxiaohaoyuan。nameyingruhetigaotadexiaolvne？yibanlaishuokecaiyongyixialiangzhongfangfa。

方法1：fenquguanli。jiangchulimouxiangrenwushibuxuyaodegongnengdanyuanguandiao，biruzaijinxingneibujisuanshi，jiangyuwaibutongxindejiekouguanduanhuoshiqijinrushuimianzhuangtai。weiledadaozheyimude


，shoujizhongdexinhaochuliqiwangwangshejihenduogeneibushizhong，kongzhizhebutonggongnengdanyuandegongzuozhuangtai。lingwai，weibutonggongnengkuaigongdiandedianyuandianlushikeyiguanduande。

方法2：改變信號處理器的工作頻率和工作電壓。目前絕大多數的信號處理器是用CMOS工藝製造的。在CMOS電路中，最大的一項功率損耗是驅動MOSFET柵極所引起的損耗。可以看出功率損耗與頻率和輸入電壓，即IC的電源電壓的平方成正比。所以針對不同的運算和任務
，把頻率和電源電壓降低到合適的值，可以有效地減少功率損耗。

TI的DVS(動態電壓調整)技術有效地將處理器與電源轉換器連接成閉環係統，通過I2C等總線動態地調節供電電壓
，同時調節自身的頻率。TPS65010集成了充電電路、電感式DCDC和LDO。同時還可以通過I2C總線對各路輸出電壓進行調節，非常適合為OMAP和類似的處理器供電。

·音頻功率放大部分

音頻功率放大器是手機中又一能量消耗大戶，輸出功率可達750mW，對於帶有免提功能的手機可達2W。如何提高放大器的效率呢
？傳統的技術采用AB類線性放大器，其效率隨輸出功率變化，最好隻有70%。使用D類功率放大器
，利用PWM的方式，可使效率提高到85-90%。

muqianweileshishejizhegengfangbiandijinxingdianyuanguanli，yixiechangshangkaifaledianyuanguanlideruanjianyongyuqianrushicaozuoxitong。yunyongzheleicaozuoxitong，keyiyouxiaodijiangdiruanjianbianzhizhongdegongzuoliang，tongshiyouhuaxitongdedianyuanguanli。

電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)對(dui)手(shou)持(chi)設(she)備(bei)日(ri)趨(qu)重(zhong)要(yao)。一(yi)個(ge)高(gao)效(xiao)的(de)係(xi)統(tong)是(shi)要(yao)將(jiang)電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)的(de)觀(guan)念(nian)貫(guan)穿(chuan)於(yu)設(she)計(ji)的(de)每(mei)一(yi)個(ge)環(huan)節(jie)，並(bing)且(qie)平(ping)衡(heng)係(xi)統(tong)多(duo)方(fang)麵(mian)因(yin)素(su)設(she)計(ji)完(wan)成(cheng)的(de)。隨(sui)著(zhe)半(ban)導(dao)體(ti)技(ji)術(shu)和(he)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)，會(hui)有(you)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)節(jie)能(neng)技(ji)術(shu)湧(yong)現(xian)，為(wei)手(shou)持(chi)產(chan)品(pin)的(de)不(bu)斷(duan)發(fa)展(zhan)助(zhu)力(li)。

總結

本文是手機電源管理技術的探索，在提高電能的轉化效率上，研發出線性電源、開關式電源

、·電容式開關電源；而在提高電能的使用效率上，在信號處理係統、音頻功率放大部分方麵下功夫，通過本文我們可以全麵認識到手機電源管理技術的知識。相信對廣大電子工程師們有很多的幫助。