便携式应用处理器的电源管理解决方案

     当今便携式应用处理器的电源管理解决方案的集成度越来越高。总功耗、待机和深度睡眠的电流消耗会影响电池的大小、物料单(BOM)的成本和产品的认知度。

   当设计便携式设备—如智能电话或PDA—的时候，系统设计工程师必须考虑许多电源的变量。随着它们消耗的功率越来越大，智能电话要求高度集成的电源管理解决方案，以便在尽可能最小的PCB面积中实现电池寿命最长的设计目标。

     当今的应用处理器需要为内核、I/O、存储器和外部设备等等提供不同的电源域。例如，LP3971就是一种设计用来满足所有这些要求的电源管理单元(PMU)，它利用了3个高效率的降压转换器和6个低压差(LDO)调整器。

   应用处理器需要多种电源电压，这些电压可以通过核心电源管理和系统的架构进行优
化。LP3971具有由I2C控制的输出电压、工厂可配置的上电顺列和缺省的输出电压，可以满足范围广阔的系统要求。

    本文重点讨论如何利用诸如LP3971之类的器件与降压型转换器及LDO功能相结合，为PDA/智能电话应用中的微处理器的低电压供电。

   当设计一个系统的时候，必须对架构进行平衡，包括成本、PCB面积、元器件大小、通话时间、待机时间、电池容量和进度表等等的要求。微处理器RAM需要1.5V、最大电流为400mA的电源。让我们从最简单、成本最低的解决方案—直接连接到锂电池的LDO—开始(下图1)。
  
    电池电压将从4.2V开始跌落到3.2V，在该电平系统进入深度睡眠，直到电池被充电或更换。图2所示为一个典型的锂电池放电周期。

   对于如图1所示的配置，LDO 5的效率将是：

    LDO百分比效率= [(Vout * Iout) / Vin * (Iout + Iq)] * 100

    对于本文中这个和其它的例子，相对Iout(400mA)而言，Iq因为非常小被忽略了(40mA)。

   效率方程式然后变为：

    百分比效率=[(Vout)/(Vin)] * 100。

   对于Vin = 4.2V 且 Vout = 1.5V, LDO的效率为1.5/4.2 = 36%。总功率Pt = 4.2 * 0.400 = 1.70W。

    所有没有被传递到输出负载的功率将以热量的形式在LDO内部被耗散掉。耗散功率为：

    耗散(Pd) = (Vin - Vout) * Iout = (4.2 - 1.5) * 0.400 = 1.1W, 耗散为热量。

    我们刚刚计算了最大连续功率(Pt)。RAM在这个功率电平工作的时间不会太长。如果我们考察10%的占空周期，则平均功耗将是： Pt = 0.10 * 1.7 = 0.17W RAM以Imax的电流工作的时间取决于应用、电源管理固件和操作系统。在图2中，电池电压稳定在4.2V的时间不长。在3.6V的标称电池电压，Vout仍然是1.5V；LDO的效率为42%。