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現代無線電話的電源管理:滿足子系統的設計需求

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2020年02月27日  

電源管理的發展趨勢,正由產品要加入更多功能的需求所推動。集成無線設備,例如智能電話便結合了多種功能于一身,包括蜂窩電話、pDA、數碼相機、音樂播放器GpS,這會進一步突破技術的界限,而電源管理也不例外。本文將討論當今最先進蜂窩電話設計所使用最新的電源管理產品。


智能電話子系統


先進的智能電話系統(配有手機和AC適配器/充電器)由五個主要電路板組成:顯示板、基帶主板、鍵盤板、鋰離子電池板及AC適配器板,還為數碼相機、藍牙或其它功能提供附加模塊。相應地,電源管理也分成五個子系統。


顯示板上的LED驅動器IC及四個白光LED;


鍵盤板上的LED驅動器及八個白光或藍光LED;


主板上的電源管理IC;


電池組中的鋰離子保護電路和電量測量IC及MOSFET;


AC適配器板中的離線控制IC。


顯示板


單色顯示器的背光可由不同顏色組成,一般采用四個相同顏色的LED燈。智能電話的彩色薄膜晶體管(TFT)液晶顯示器(LCD)僅需要白色背光。白光LED二極管的正向導通電壓低(約為2.7V),只需簡單的DC電流即可發光。因此,電壓僅為3.1V的DC電源VDD必須為這些器件施加偏壓。由于偏置電壓低,四個LED因而可直接使用單個鋰離子電池供電,而鋰離子電池正是蜂窩電話的供電源。


單片四LED驅動器(如飛兆半導體的FAN5613)采用微型MLp8引腳封裝,為每個二極管提供40mA偏置電流(見圖1)。


由于連續時間電流控制會影響色彩的一致性,因此可通過開關引腳,采用脈寬調制電源激勵LED,來增強色彩的逼真度。


鍵區板


與顯示板的配置類似,鍵盤板也是采用LED燈照明,并通常使用八個白光或藍光LED。如果使用藍色背光,可用八個QTLp601C-EBInGaN/藍寶石表面貼裝LED,由兩個FAN5613LED驅動器驅動。


主板


絕大多數電子組件都集中在主板上,從基帶DSp、應用MCU到收發器及模擬接口。其中,每個模塊均由專用穩壓器供電。隨著智能電話的復雜度不斷增加,對電源管理的要求也愈發嚴格。要達到這個要求,可采用基帶處理器內的電源管理器,通過邏輯信號與外界進行通信。在電源方面,穩壓器可以接收邏輯信號并執行相應的操作。


在某些情況下,所有穩壓器要求通過直接的邏輯信號,進入輕載操作、休眠模式或關機模式。在其它情況下,例如為基帶處理器供電時,電源管理會變得更加復雜,需要電壓源隨所處理任務的變化而改變,提供剛好所需的功率。在這種情況下,穩壓器需要與D/A轉換器及串行總線相耦合,以便與主微控制器進行通信。這樣的電源管理方案在筆記本電腦及電池供電的設備中很常見,并早就超過了智能電話今日才達到的復雜性。(筆記本電腦所采用流行的電源管理方案為英特爾的Speedstep及AMD的powerNow。)


圖2是主板分布式電源管理方案的示例,將簡單的降壓式轉換器、SMBus串行至并行接口(如FM3570)組合在一起,讓CpU能以5位D/A轉換器分辨率驅動Vcore電源。開關及線性穩壓器的組合,可在簡單與高性能之間取得最佳平衡,通過一個專用邏輯引腳即能關閉所有器件。


電池組


電池組內的電源管理主要包括鋰離子電池保護電路、電量測量IC及MOSFET。保護電路會測量電池電壓,一旦發現超出充電閾值,即會打開旁路晶體管。電量測量可用于顯示電池充電的狀態,預測電池供電操作的剩余時間。圖3為電池內電路的示例,采用雙MOSFETFDW2508D作為保護部分的旁路晶體管。


AC適配器


AC適配器板可進行AC線路整流,將電壓降至可由主板控制的直流低電壓,或直接轉換為單個鋰離子電池所需的恒定電流/恒定電壓充電算法,然后起著適配器及充電器的功能。而只有前者的情況才需要主板上的充電器。在圖4中,AC適配器/充電器基于離線開關結構,能達到最佳工作效率。在這個示例中,高壓產品FSDH0165直接通過AC線路供電,并集成了功率DMOS晶體管以降低復雜度。


結語


現代無線電話所采用的電源管理通常分為五個主要的子系統,每個系統具有各自的集成特性。主板需要很多低壓電源,因此集成度較高。與之相反的是AC適配器(或適配器/充電器),需要高壓(600-800V)及相對于低壓側的流電隔離。鍵盤板和顯示器板可采用相同級別的技術,即LED和LED驅動器,而電池內的電路則是另一個獨特的區域,需要真正的混合信號技術進行電量測量和保護。


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