降壓變換器在便攜式產(chǎn)品中的應用
便攜式消費類電子產(chǎn)品集成了越來越多的新功能。隨著用戶對更小尺寸、更長電池壽命的期盼，系統(tǒng)設計人員面臨著更大的挑戰(zhàn)。每種新增功能都需要額外的空間和額外的功率，這樣，留給電池的空間將會更小，需要在更小的空間內(nèi)以更高的效率提供更大供電電流。本文就電源設計中的電流要求對不同類型的調(diào)節(jié)器進行比較，討論它們在便攜產(chǎn)品中的應用。
概述
新一代便攜式消費類電子產(chǎn)品集成了越來越多的功能，很難對這些具體產(chǎn)品進行分類。功能的增多有助于提高銷售量，但是，為了滿足用戶對更小尺寸、更長電池壽命的要求，設計人員面臨著更大的挑戰(zhàn)。每種新增功能都需要額外的空間和額外的功率，由于留給電池的空間極其有限，因此，需要在更小的空間內(nèi)以更高的效率提供更大的供電電流。
對功率的更高要求改變了設計準則
近兩年，大多數(shù)手持產(chǎn)品采用一路降壓型(buck)轉(zhuǎn)換器和多路低壓差(LDO)線性穩(wěn)壓器方案，有些設計則只采用線性穩(wěn)壓器結構。這種方案能夠提供良好的工作性能，由于大多數(shù)處理器采用3.0V或3.3V供電，在單節(jié)Li+電池供電時，LDO可提供適當?shù)霓D(zhuǎn)換效率。但是，隨著對處理器功耗的要求和IC工藝向更小的亞微米技術的發(fā)展，微處理器的核電壓降至1.8V、1.5V、1.3V甚至0.9V。另外，典型的I/O電壓也從3.3V降至2.5V或1.8V。電壓的降低大大降低了LDO的效率，它所產(chǎn)生的熱量抵消了低核電壓和低I/O口電壓帶來的好處。因此，為了保持較高的效率，設計人員必須考慮選用降壓變換器。
為了滿足低電源電壓的需求，許多系統(tǒng)內(nèi)部采用多個處理器。例如，手機+ PDA組合就是個很好的例子，系統(tǒng)包含一個基帶處理器和一個應用處理器，每個處理器都需要單獨的供電電源。手機和PDA上使用的相機模塊仍傾向于采用LDO供電，但相關的圖形處理器通常要求更低的電源電壓。因此，在多功能設計中，常常要用到多路buck電源。在一塊PC板上安裝三路buck電源已經(jīng)很常見。
新型定制電源管理芯片(PMIC)集成了一路或多路降壓變換器，但這些產(chǎn)品還常常不足以滿足用戶的要求。每增加一項新的功能，就有可能需要另外一路buck電源或需要提高buck電源的驅(qū)動能力。顯而易見，只有那些能夠采用分立電源IC在最短的時間內(nèi)滿足新的設計需求的制造商才能保持與市場需求的同步增長。
尺寸的挑戰(zhàn)
就目前的設計水平而言，要想在系統(tǒng)中增加一個降壓變換器不僅要增加成本，還要占用一定的電路板面積。三年前，典型的降壓變換器采用MSOP封裝，尺寸為15mm2，可工作在1MHz或更低的開關頻率，需要較大尺寸的外部電感和鉭電容。如圖1b所示，現(xiàn)在的1MHz降壓變換器采用TDFN封裝，尺寸已降至9mm2，且外部可以使用陶瓷電容和小尺寸電感，但其尺寸還是遠遠大于LDO，如圖1a所示。
