便攜式產(chǎn)品設計中的熱管理方案
現(xiàn)今的便攜式產(chǎn)品涵蓋各式各樣的音頻、視頻及無線通信產(chǎn)品,如蘋果公司的iPod MP3播放器、便攜式媒體播放器(PMP)、立體聲藍牙耳機和3G手機。最新的3G手機,除具有通話的基本功能外,還可以瀏覽網(wǎng)頁、發(fā)送電子郵件、拍攝數(shù)碼照片、玩游戲以及播放視頻流。PMP采用大容量硬盤,可以儲存和播放電影、音樂,拍攝和瀏覽照片,錄制/播放電視節(jié)目。PMP日益成為掌上娛樂中心。
圖1：為便攜式媒體播放器(PMP)內(nèi)部功能簡圖。
為支持不斷增加的功能,PMP電源管理電路變得越來越復雜。圖1中的電源管理單元包含鋰電池充電、電量監(jiān)測,以及將電池電壓(2.8V-4.2V/節(jié))轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)各芯片所需工作電壓的電壓轉(zhuǎn)換器件。電源的轉(zhuǎn)換效率不可能達到100%,在轉(zhuǎn)換過程中必定存在功率損耗,這種損耗的功率被轉(zhuǎn)換為熱量。
可以采用低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO),電荷泵和基于電感的DC/DC轉(zhuǎn)換器將電池電壓轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)所需的不同工作電壓。表1列出了三種電壓轉(zhuǎn)換器件的優(yōu)缺點以及產(chǎn)生熱量的大小。表1：三種電壓轉(zhuǎn)換器件
從表中可以看出,低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)只能將輸入電壓轉(zhuǎn)換為更低的輸出電壓。在實際應用中,其功耗為P = (VIN - VOUT) * IOUT。當輸入與輸出電壓相差較大,且輸出電流也大的情況下,LDO本身消耗的功率就非常大,并產(chǎn)生相應的熱量。LDO特別適合于低電流,壓差較小,或?qū)﹄娫丛肼曇筝^高的場合。
電荷泵采用電容來實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換,可實現(xiàn)反壓、倍壓和穩(wěn)壓等變換,效率為80%左右。受電容容量及尺寸限制,電荷泵輸出電流和電壓都有限。在便攜產(chǎn)品中,電荷泵可用來驅(qū)動并聯(lián)的白光LED,或做為拍照時的閃光燈。
DC/DC轉(zhuǎn)換器采用低阻抗的開關(如MOSFET)以及電感等儲能元件,實現(xiàn)降壓和升壓等轉(zhuǎn)換。DC/DC轉(zhuǎn)換器減小了電壓變換過程中的功率損耗,效率高達90%以上。同時開關頻率很高(可達2 MHz以上),減小了外部電感和電容的尺寸。合適的DC/DC轉(zhuǎn)換電路在系統(tǒng)中產(chǎn)生最低的熱量。
