鋰離子電池供電便攜式產(chǎn)品的降壓新器件
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技術(shù)方案與實用技巧
對于鋰電池，能量的密集區(qū)域在3.6V,但通?？蛻舫鲇诔浞掷秒姵啬芰康目紤]，希望利用鋰電池工作電壓范圍為：3.0V～4.2V。
當然由于產(chǎn)品的不同，設(shè)計的不同會造成所需輸出電壓的不同，一般在2.7V～3.3V之間，甚至?xí)椭?.8V(如 數(shù)碼相機)，因此對鋰電降壓/穩(wěn)壓器件產(chǎn)生了需求。另外，便攜式產(chǎn)品由于功能增加，其供電電流有逐漸增大趨勢。目前產(chǎn)品供電電流已經(jīng)達到100～500mA甚至更高，如何提高供電效率日益成為電源設(shè)計師們需要考慮的問題。傳統(tǒng)三端穩(wěn)壓降壓器件，因為其端壓過高(大于2.5V)，大量的能量被耗散在穩(wěn)壓器件上，而被排除在外。
目前設(shè)計師在實際電源管理電路中通常會使用兩類降壓器件：LDO (低壓差穩(wěn)壓器)和DC-DC開關(guān)式降壓器。
使用LDO的電源管理方案
電源管理電路對于LDO的需求
由于LDO為線性降壓元件，故供電效率完全取決于其輸出電壓大小。所以比較適合應(yīng)用在輸出電壓相對較高的場合。若以鋰電主要供電電壓3.6V計，在輸出目標電壓為3.0V時，其供電效率為：
h=3.0V/3.6V*100%=83.3% (1)
通過以上計算可以明顯看到：輸出電壓與工作效率成正比，輸出電壓太低，則大大影響了鋰電供電效率。故適合LDO器件良好運作的目標供電電壓為3.0V-3.3V的范圍。
在鋰電電壓利用率上，則完全取決于LDO最低壓差，例如，假設(shè)LDO在輸出100mA工作電流下，VOUT=3V；
a)若LDO最低壓差VDROPOUT=0.2V，則LDO能夠穩(wěn)定輸出3V時的最低放電電壓僅為3.0V+0.2V=3.2V；
b)若LDO最低壓差為VDROPOUT=0.05V，則LDO能夠穩(wěn)定輸出3V時的最低放電電壓為3.0V+0.05V=3.05V。
比較a)、b)可得，越小壓差的LDO越能夠延長鋰電放電時間。
在鋰電供電LDO品種選擇上，要求LDO具有盡可能小的最低壓差，同時因為便攜式產(chǎn)品體積限制，要求小封裝，且最好具備可關(guān)斷功能，便于電源管理。同樣限于體積，由于LDO本身已具有較大電流負載能力，故不需要采用外接擴流元件。
LDO的新技術(shù)
為了降低耗電，市場上的大多數(shù)LDO都具有片選功能，當用戶在不需要LDO工作時，可以關(guān)閉選通端，以起到省電的效果。但是通常情況下，微處理器通常會有3種模式，即運行、待機和休眠模式。對于早先的LDO來講，只有開或關(guān)兩種工作狀態(tài)無法配合CPU的工作狀態(tài)。當設(shè)備處于待機狀態(tài)時，系統(tǒng)仍然需要供電，只是需要的電流較小，而且對于便攜式產(chǎn)品來講，待機的時間要大大長于使用時間和關(guān)機時間。
日本RICOH公司最近發(fā)表了一項LDO的新技術(shù)：ECO模式。表1是ECO模式的一些詳細對照表：
從表1可以看出，當CPU進入待機狀態(tài)后，LDO也可以相應(yīng)進入ECO模式，此時既維持了系統(tǒng)對于電壓的需求，同時又降低了輸出電流和紋波抑制比，以降低耗電。此功能對于經(jīng)常處于待機模式又對節(jié)電有極其苛刻要求的便攜式產(chǎn)品來講極為重要。
該公司相應(yīng)推出了兩種產(chǎn)品：R1170H和R1160N系列。R1170H為SOT-89封裝，100 mA下的最小壓差為0.03V，具有片選關(guān)斷功能。
R1160N為SOT-23封裝，100mA下的最小壓差為0.05V；具有ECO待機省電模式控制和片選關(guān)斷功能。
使用開關(guān)降壓器的電源
管理方案
對于使用鋰電池供電但輸出電壓低于3V的情況，通過公式(1)可以看出，LDO供電效率急劇下降，已經(jīng)不再適合應(yīng)用，此時優(yōu)勢更為明顯的是開關(guān)降壓器。它也要求IC體積小，轉(zhuǎn)換效率高，壓差最小。理光相應(yīng)的產(chǎn)品是R1230D。它的主要特性如下：
● IOUT=300m A時，h=94%以上；
● 封裝：SON-8(相當于SOT-23)，內(nèi)置功率管；
● 外圍元件只需要一電感和電容；
● 其最低壓差更可以低至0.03V；
● 器件本身開關(guān)頻率達到800KHz，便于輸出電容的小型化選擇；
● 靜態(tài)電流幾乎為0mA。■
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