超低靜態(tài)電流電源管理IC延長(zhǎng)便攜應(yīng)用工作時(shí)間

　　技術(shù)背景

　　當(dāng)今便攜式電子設(shè)備的小型化和高集成度發(fā)展趨勢(shì)要求延長(zhǎng)電池工作時(shí)間，降低功耗，并且限制其設(shè)備內(nèi)部IC及其相關(guān)外圍元件占用印制電路板的尺寸。由于電池技術(shù)的進(jìn)步延長(zhǎng)了電池工作時(shí)間并且減小了最終產(chǎn)品的尺寸，對(duì)于加速發(fā)展這種趨勢(shì)一直起到促進(jìn)作用?？稍俪潆姷睦庵武囯x子電池/聚合物鋰電池已經(jīng)將它們用作給中等到高端便攜式電子設(shè)備提供電源的先進(jìn)化學(xué)電池，從而可提供最合適的外形尺寸、合用的電壓范圍、電能密度 (容量) 和電池壽命。因此，當(dāng)人們一旦注意到鎳鎘 (NiCd)電池的有毒性時(shí)，人們正在尋找將新的鋰離子電池用于大電流應(yīng)用的途徑 (例如電動(dòng)工具)。而且新的鋰離子化學(xué)電池 (例如磷酸鋰電池) 正在興起，它與傳統(tǒng)的鋰電池/聚合物鋰電池相比，它提供較低的可用工作電壓范圍，較低的串聯(lián)電阻和較高的安全性。

　　最近新推出了一種一次性鋰電池 (例如Energizer “e2” 電池)，其尺寸與堿性電池一樣大。它們不但延長(zhǎng)了電池工作時(shí)間，而且具有尺寸小巧、使用方便和價(jià)格便宜的特點(diǎn)，非常適合那些以前習(xí)慣使用堿性電池和鎳電池的便攜式設(shè)備的客戶(hù) (例如數(shù)碼相機(jī)和手持GPS)。這些電池超出了可再充電的鋰離子電池、聚合物棱柱形電池、堿性AA或AAA電池以及可再充電的鎳金屬氫化物 (Ni/MH) 電池的范圍，從而擴(kuò)大了便攜式電子設(shè)備工程師的選擇范圍。這種電池與其他的不可再充電的堿性電池或鎳電池比較，其延長(zhǎng)電池壽命的優(yōu)點(diǎn)要比其初期成本高的缺點(diǎn)更重要。相比之下，可再充電的NiMH電池具有相對(duì)低的電能密度，但它是一項(xiàng)成熟的技術(shù)，而且成本低、無(wú)毒性，所以一直用于許多便攜式電子設(shè)備之中?？稍俪潆姾筒豢稍俪潆姷膲A性電池在低端電子設(shè)備中一直很流行，它具有很低的自放電和低成本特點(diǎn)以彌補(bǔ)其相當(dāng)?shù)偷碾姵貕勖?/p>

　　設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

　　毋庸置疑，當(dāng)今電池供電的便攜式電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)師都在接受相當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。這些設(shè)計(jì)師為了適應(yīng)系統(tǒng)復(fù)雜性、電能預(yù)算和散熱管理不斷提高的趨勢(shì)，勢(shì)必要求高性能電源管理結(jié)構(gòu)。這樣的系統(tǒng)應(yīng)該在電池工作時(shí)間、與多個(gè)電源的兼容性、高功率密度、小外形尺寸和高效散熱管理之間達(dá)到最佳均衡。必須做到精心地選擇電池，連接其他電源 (USB、墻上適配器等) 給系統(tǒng)供電，因?yàn)殡姵貕勖碗姵毓ぷ鲿r(shí)間顯然是重要考慮。

　　與此同時(shí)，系統(tǒng)中的功能不斷增加迫使系統(tǒng)功耗的提高，當(dāng)設(shè)備工作時(shí)自然要降低電池的工作時(shí)間。對(duì)于可再充電的電池，隨后的充電和再充電周期會(huì)使電池的壽命受到限制，尤其是在再充電頻率很高的情況下。在電池供電情況下，電源管理IC的高電池耗電、高靜態(tài)電流 (IQ、無(wú)負(fù)載) 和低功率轉(zhuǎn)換效率都會(huì)對(duì)電池工作時(shí)間產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，在可再充電電池和不可再充電電池兩種情況下，設(shè)計(jì)師為了向最終用戶(hù)提供長(zhǎng)的電池工作時(shí)間都必須權(quán)衡產(chǎn)品性能、靜態(tài)電流與工作電流、系統(tǒng)功耗和轉(zhuǎn)換效率。

　　上述這一切都將成為過(guò)去，這要多謝新推出的低功耗電源管理集成電路 (PMIC)，與其他傳統(tǒng)的高耗電和高熱量PMIC相比，現(xiàn)在的 PMIC 對(duì)系統(tǒng)提供了高效電源，而且僅需最少的外圍組件、顯著減小了尺寸和大幅地提高性能。另外，與笨拙的低性能分立IC解決方案相比，這些新的PMIC可大大簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)并且縮小解決方案的尺寸。

　　簡(jiǎn)單的解決方案—帶超低IQ和高效開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的PMIC

　　在寬負(fù)載范圍內(nèi)具有低靜態(tài)電流和工作電流并且?guī)в懈咝ч_(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的IC，有助于在便攜式電子設(shè)備中保持電池工作時(shí)間。凌力爾特公司(Linear) 推出的PMIC帶有 PowerPath控制、超低靜態(tài)電流與待機(jī)電流、以及一流的集成功能單元電路 (例如高效可編程同步降壓-升壓型和降壓型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器) 既簡(jiǎn)單又輕松地解決了這些設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。這之所以成為可能，因?yàn)樵?PMIC 開(kāi)發(fā)中采用了不同的方案，使用了較多可選的集成度以提供一個(gè)緊湊的解決方案，而無(wú)需犧牲性能。

　　例如，LTC3554是一款適合鋰離子/聚合物電池應(yīng)用的微功耗多功能PMIC。LTC3554 包括了一個(gè)USB兼容的線性PowerPath管理器、一個(gè)獨(dú)立的電池充電器、兩個(gè)高效同步降壓型穩(wěn)壓器和一個(gè)按鍵控制電路，它采用超薄 (0.55mm) 的3mm x 3mm UTQFN封裝。當(dāng)全部輸出保持穩(wěn)壓時(shí)，可選擇的待機(jī)模式引腳 (詳見(jiàn)圖1) 可使電池的損耗電流減小到只有10μA。

　　圖1 LTC3554 在待機(jī)模式下的電池?fù)p耗電流

　　當(dāng)LTC3554從一個(gè)USB 端口或5V墻上適配器提供高達(dá)400mA的電池充電電流時(shí)，它的PowerPath管理器能自動(dòng)控制負(fù)載的優(yōu)先順序，渾然一體地管理多輸入電源之間的切換以便向負(fù)載加電。輸入電流限制是引腳可選的，并且內(nèi)部設(shè)置以滿(mǎn)足USB的電源規(guī)范 (需外部電阻器)。LTC3554的輸入電壓允許高達(dá)5.5V，為了提高堅(jiān)固性，其絕對(duì)最大瞬態(tài)電壓為7V。該IC的“即時(shí)接通”運(yùn)作特性確保電池甚至在完全放電的情況下也可對(duì)系統(tǒng)供電。它的自主性工作能力簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，從而無(wú)需一個(gè)外部管理器來(lái)終止充電。