3G手機的電源管理的設(shè)計趨勢
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閃光燈由觸發(fā)電路和一個可產(chǎn)生高瞬態(tài)電流的儲能電容控制。工作時，閃光電容器一般被充電至300V。最初，電容器不能放電，因為閃光燈處于高阻抗狀態(tài)。但當觸發(fā)電路接到命令后即會給燈施加數(shù)千伏的高壓，于是燈被擊穿，從而使電容器放電。對閃光重復(fù)率的主要限制是燈能否安全散熱。第二個限制是充電電路給閃光電容器充滿電所需的時間。根據(jù)目前的輸入功率、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(zhuǎn)換器。當其 “充電” 控制線為高電位時，穩(wěn)壓器同步內(nèi)部功率開關(guān)，使升壓變壓器產(chǎn)生高電壓脈沖。然后，這些脈沖再經(jīng)整流和濾波，產(chǎn)生300V的直流輸出，其轉(zhuǎn)換效率高達80%。
凌特提供一種可滿足以上所有技術(shù)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(tài)電壓。升壓變壓器T2用來產(chǎn)生高電壓觸發(fā)脈沖。假設(shè)C1被完全充電，那么當Q1-Q2使Q3導(dǎo)通時，C2將電流儲存進T2主端。然后，T2副端將高壓觸發(fā)脈沖提供給閃光燈，使其電離并導(dǎo)電。C1通過閃光燈放電，從而實現(xiàn)發(fā)光。整個電路占位面積小于400mm2且高度不超過6mm (包括閃光燈在內(nèi))。
電池充電解決方案
事實上，所有3G手機都采用鋰離子電池作為主電源。由于散熱及空間的限制，設(shè)計師必須仔細考慮選用何種類型的電池充電器，以及還需要哪些特性來確保對電池進行安全及精確的充電。
線性鋰離子電池充電器的一個明顯趨勢是封裝尺寸繼續(xù)減小。但值得關(guān)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(huán)境溫度，它會達到足夠高的水平，使IC過熱并降低電路可靠性。此外，如果過熱，許多充電器會停止充電周期，只有當接合部溫度下降后才恢復(fù)工作。如果這種高溫持續(xù)存在，那么 充電器“停止和開始”的反復(fù)循環(huán)也將繼續(xù)發(fā)生，從而延長充電時間。為減少這些風險，用戶只能選擇減小充電電流來延長充電時間或增大板面積來散熱。因此，由于增加了PCB散熱面積及熱保護材料，整個系統(tǒng)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面積，并采用一種小型的熱增強封裝，允許它監(jiān)視自己的接合部溫度以防止過熱。如果達到預(yù)設(shè)的溫度閾值，充電器能自動減少充電電流以限制功耗，從而使芯片溫度保持在安全水平。第二種解決方案是使用一種即使充電電流很高時也幾乎不發(fā)熱的充電器。這要求使用脈沖充電器，它是一種完全不同于線性充電器的技術(shù)。脈沖充電器依靠經(jīng)過良好調(diào)節(jié)且電流受限的墻上適配器來充電。
方案一 ： LTC4059A線性電池充電器
LTC4059A是一款用于單節(jié)鋰離子電池的線性充電器，它無需使用三個分立功率器件，可快速充電而不用擔心系統(tǒng)過熱。監(jiān)視器負責報告充電電流值，并指示充電器是何時與輸入電源連接的。它采用盡可能小的封裝但沒有犧牲散熱性能。整個方案僅需兩個分立器件(輸入電容器和一個充電電流編程電阻)，占位面積為2.5mm x 2.7mm。 LTC4059A采用2mm x 2mm DFN封裝，占位面積只有SOT-23封裝的一半，并能提供大約60°C/W的低熱阻，以提高散熱效率。通過適當?shù)腜CB布局及散熱設(shè)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(jié)鋰離子電池安全充電。此外，設(shè)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(shù)，可以在高功率條件(如環(huán)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脈沖充電器
LTC4052是一款全集成的脈沖充電器，用于單節(jié)4.2V鋰離子/鋰聚合物電池。當輸入電壓為5.25V并以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(guān)充電器不同，LTC4052采用無電感設(shè)計。利用LTC4052設(shè)計的700mA至2A鋰離子/鋰聚合物電池充電器電路僅占70mm2 的面積 ，且高度低于1.7mm。通過將功耗減至最低水平，LTC4052可放寬終端設(shè)備對熱設(shè)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面積，而且能消除熱點，從而無需使用散熱片或風扇。
LTC4052需要一個電流受限的墻上適配器，以控制充電電流的大小。它還需配備過流保護電路，以便在意外使用較高電流或墻上適配器發(fā)生故障時能提供保護。LTC4052是一款全集成的脈沖充電器，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(tài)指示、充電結(jié)束定時器、墻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，并具有1%的 飄移電壓精度。
總結(jié)
隨著在3G手機的功能不斷增加，凌特將繼續(xù)推出各種創(chuàng)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。
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