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          鋰離子電池供電便攜式產(chǎn)品的降壓新器件

          作者:■ 上海東鉅電子有限公司 時(shí)間:2002-12-05 來源:電子設(shè)計(jì)應(yīng)用 收藏
          隨著便攜式產(chǎn)品不斷涌現(xiàn),如PDA、數(shù)碼相機(jī)、MP3等,便攜式產(chǎn)品競爭逐漸加強(qiáng),導(dǎo)致廠商不斷增加產(chǎn)品功能,以吸引更多消費(fèi)者的注意。但是消費(fèi)者逐漸發(fā)現(xiàn),若采用傳統(tǒng)的干電池供電,會受到電池容量的限制,因此便攜式產(chǎn)品使用時(shí)間和待機(jī)時(shí)間過短,電池頻繁更換,已不能滿足用戶的需要。電源供電及管理方案成為困擾設(shè)計(jì)師的一個(gè)重要問題。在眾多可選的供電方案中,二次電池由于高能量密度、高輸出功率、可快速充電、以及重量輕、體積小和無污染等特性受到了電源設(shè)計(jì)工程師的青睞。同時(shí),近來電池的價(jià)格迅速下降,在便攜式產(chǎn)品中已成為主流的供電產(chǎn)品。
          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(dāng)然由于產(chǎn)品的不同,設(shè)計(jì)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(jī)),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(dá)到100~500mA甚至更高,如何提高供電效率日益成為電源設(shè)計(jì)師們需要考慮的問題。傳統(tǒng)三端穩(wěn)壓降壓器件,因?yàn)槠涠藟哼^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(jì)師在實(shí)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(jì),在輸出目標(biāo)電壓為3.0V時(shí),其供電效率為:
          h=3.0V/3.6V*100%=83.3% (1)
          通過以上計(jì)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(yùn)作的目標(biāo)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)因?yàn)楸銛y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(fù)載能力,故不需要采用外接擴(kuò)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(dāng)用戶在不需要LDO工作時(shí),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(yùn)行、待機(jī)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(dāng)設(shè)備處于待機(jī)狀態(tài)時(shí),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(jī)的時(shí)間要大大長于使用時(shí)間和關(guān)機(jī)時(shí)間。
          日本RICOH公司最近發(fā)表了一項(xiàng)LDO的新技術(shù):ECO模式。表1是ECO模式的一些詳細(xì)對照表:
          從表1可以看出,當(dāng)CPU進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)后,LDO也可以相應(yīng)進(jìn)入ECO模式,此時(shí)既維持了系統(tǒng)對于電壓的需求,同時(shí)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(jī)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(jī)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(shí)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(shí),h=94%以上;
          ● 封裝:SON-8(相當(dāng)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(dá)到800KHz,便于輸出電容的小型化選擇;
          ● 靜態(tài)電流幾乎為0mA?!?BR>



          關(guān)鍵詞: 鋰離子

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