3G手机电源办理的规划趋势剖析

　　3G手机不只能够阅读网页、发送电子邮件、摄影数码相片，乃至能播映视频流。手机制造商正面对越来越大的压力，由于他们有必要把这些功用集成进不断缩小的体积内，一起要让手机保持较长的作业时刻。

　　图1

　　从图1能够看出，不断增多的功用促进手机需求更多不同功率水平的低电压输出电平。一个比如是用于图画处理的运用处理器，它在视频捕获期间需求高达360mw的功率。在满负荷运转时，手机内部体系的负载所需的峰值功率通常将超越4W。这么高的功率会很快耗尽电池的能量。影响电池运转时刻的另一重要因素是电源功率和体系电源办理。

　　低电源转化功率将导致发热。这种热量是由于电压调理器在能量转化进程中的功率丢失而发作的。但手机中没有用于冷却的电扇或散热片，而只要密布封装的印制电路板。因而没有任何通道可让热量散出。这些热量会缩短电池寿数，并下降产品的可靠性。

　　由于电压转化期间会发作热量，业界需求重新考虑应该选用何种稳压器。现在，制造商正在选用开关调理器替代简略但低效的线性低压降(LDO)稳压器，由于开关调理器具有更高的功率。

　　关于可满意手机内部电源转化需求的不同电压稳压器，咱们有必要细心考虑它们的优缺陷(见表1)。现在有三种挑选：线性LDO稳压器、无电感型开关稳压器(亦称为充电泵)以及传统的开关稳压器(依据电感器) 。

　　线性LDO稳压器被认为是最简略的计划，它只能将输入电压转化到更低的电压。它最显着的缺陷是热量办理，由于它的转化功率挨近于输出电压与输入电压的比值。例如，一个LDO的输入端是标称为3.6V的单单元锂离子电池，它在输出电流为200mA时供给1.8V的输出电压，以驱动图画处理器。那么，它的转化功率只要50%，因而它会在手机内部发作热门，一起会缩短电池运用时刻。

　　开关稳压器可避开一切线性稳压器的功率缺陷。经过运用低阻抗开关和磁存储组件，开关稳压器的功率能到达96%，然后显着削减转化进程的功率损耗。由于作业在十分高的开关频率(大于2MHz)，这能够减小外部电感和电容的尺度。开关稳压器的缺陷比较少，并且能够经过杰出的规划技能加以克服。

　　介于线性稳压器与传统开关稳压器之间的是充电泵。在充电泵中，外部储能元件是电容而不是电感。由于没有电感，它能够减轻潜在的电磁搅扰问题，避免影响灵敏的RF接收器或蓝牙芯片组。充电泵的缺陷是有限的输入输出电压比以及有限的输出电流才能。

　　摄影功用引发的应战

　　许多3G手机都能摄影乃至传送视频流。不过，当顾客开端承受这些内置相机的手机时，他们要求具有更高质量的摄像才能。业界现已预备选用改善的图画传感器和光学体系，但工程师要特别重视高质量的 “亮光” 照明。亮光灯是取得杰出摄像功用的要害，但当你预备在结构紧凑的3G手机上完成这项功用时有必要慎重考虑。

　　关于两百万像素照相手机，内置亮光灯的尺度和功用是体系规划师需求考虑的两个要害因素。现在，亮光照明有两种实践挑选：白光LED(发光二极管)和亮光灯。表2比较了LED与亮光灯的功用。LED的优势是具有接连作业才能，并且只需求低密度的支撑电路。

　　但是，亮光灯具有一些对高质量摄像特别重要的特性。它的线源光输出是点源LED的数百倍，因而能够在大范围内发作密布且简单发散的光线。此外，亮光灯的色温是5500°K至6000°K，这十分挨近自然光，然后消除了白光LED在蓝光峰值输出时所需的颜色校对。

　　大多数规划师期望具有氙亮光灯的功用，但他们有必要保证电路尺度和复杂度不会对计划的详细完成形成负面影响。要更好地了解与此使命相关的规划困难，规划师有必要细心考虑亮光灯的物理尺度和操作以及为了保证它安全、正确地作业所需的支撑电路。

　　亮光灯及其支撑电路

　　亮光灯通常是一个充溢氙气的圆柱形玻璃管，其阳极与阴极都直接与氙气触摸，而沿灯管外外表散布的触发电极则不与氙气触摸。气体击穿电压一般是在几千伏范围内。一旦发作击穿，灯阻抗会下降到1W以下，此刻流过击穿气体的高电流就会发作激烈的可见光。

　　亮光灯由触发电路和一个可发作高瞬态电流的储能电容操控。作业时，亮光电容器一般被充电至300V。开端，电容器不能放电，由于亮光灯处于高阻抗状况。但当触发电路接到指令后即会给灯施加数千伏的高压，所以灯被击穿，然后使电容器放电。对亮光重复率的首要约束是灯能否安全散热。第二个约束是充电电路给亮光电容器充溢电所需的时刻。依据现在的输入功率、电容值及充电电路特性，充电时刻一般在1到5秒之间。

　　亮光电容器充电器基本上是一种具有某些特别才能的变压器耦合升压转化器。当其 “充电” 操控线为高电位时，稳压器同步内部功率开关，使升压变压器发作高电压脉冲。然后，这些脉冲再经整流和滤波，发作300V的直流输出，其转化功率高达80%。

　　凌特供给一种可满意以上一切技能及功用要求的完好亮光灯电路。经过运用LT3468-1(一款选用SOT-23封装的亮光电容器充电器)，该解决计划可供给合适3G手机的紧凑外形。

　　图2

　　图2左上方是电容器充电电路。一个肖特基二极管(D2)用来安全箝位T1引起的反向瞬态电压。升压变压器T2用来发作高电压触发脉冲。假定C1被彻底充电，那么当Q1～Q2使Q3导通时，C2将电流贮存进T2主端。然后，T2副端将高压触发脉冲供给给亮光灯，使其电离并导电。C1经过亮光灯放电，然后完成发光。整个电路占位面积小于400mm2且高度不超越6mm (包含亮光灯在内)。

　　电池充电解决计划

　　事实上，一切3G手机都选用锂离子电池作为主电源。由于散热及空间的约束，规划师有必要细心考虑选用何种类型的电池充电器，以及还需求哪些特性来保证对电池进行安全及准确的充电。

　　线性锂离子电池充电器的一个显着趋势是封装尺度持续减小。但值得重视的是在充电周期(尤其在高电流阶段)冷却IC所需的板空间或通风条件。充电器的功耗会使IC的接合部温度上升。加上环境温度，它会到达足够高的水平，使IC过热并下降电路可靠性。此外，假如过热，许多充电器会中止充电周期，只要当接合部温度下降后才恢复作业。假如这种高温持续存在，那么 充电器“中止和开端”的重复循环也将持续发作，然后延伸充电时刻。为削减这些危险，用户只能挑选减小充电电流来延伸充电时刻或增大板面积来散热。因而，由于添加了PCB散热面积及热维护资料，整个体系本钱也将上升。

　　对此问题有两种解决计划。首要，需求一种智能的线性锂离子电池充电器，它不必为忧虑散热而献身PCB面积，并选用一种小型的热增强封装，答应它监督自己的接合部温度以避免过热。假如到达预设的温度阈值，充电器能主动削减充电电流以约束功耗，然后使芯片温度保持在安全水平。第二种解决计划是运用一种即便充电电流很高时也几乎不发热的充电器。这要求运用脉冲充电器，它是一种彻底不同于线性充电器的技能。脉冲充电器依托经过杰出调理且电流受限的墙上适配器来充电。

　　计划一 ： LTC4059A线性电池充电器

　　LTC4059A是一款用于单节锂离子电池的线性充电器，它无需运用三个分立功率器材，可快速充电而不必忧虑体系过热。监督器担任陈述充电电流值，并指示充电器是何时与输入电源衔接的。它选用尽可能小的封装但没有献身散热功用。整个计划仅需两个分立器材(输入电容器和一个充电电流编程电阻)，占位面积为2.5mm×2.7mm。 LTC4059A选用2mm×2mm DFN封装，占位面积只要SOT-23封装的一半，并能供给大约60℃/W的低热阻，以进步散热功率。经过恰当的PCB布局及散热规划，LTC4059A能够在输入电压为5V的情况下以最高900mA的电流对单节锂离子电池安全充电。此外，规划时无需考虑最坏情况下的功耗，由于LTC4059A选用了专利的热办理技能，能够在高功率条件(如环境温度过高)下主动减小充电电流。

　　计划二 ：带过流维护功用的LTC4052脉冲充电器

　　LTC4052是一款全集成的脉冲充电器，用于单节4.2V锂离子/锂聚合物电池。当输入电压为5.25V并以0.8A电流进行快速充电时，LTC4052的功耗大约为280mW，而线性充电器解决计划的功耗则高达1.8W。与选用电感来取得高功率和低散热的开关充电器不同，LTC4052选用无电感规划。运用LTC4052规划的700mA至2A锂离子/锂聚合物电池充电器电路仅占70mm2 的面积 ，且高度低于1.7mm。经过将功耗减至最低水平，LTC4052可放宽终端设备对热规划的要求，答应选用更小的封装、更小的散热气流以及更小的PCB面积，并且能消除热门，然后无需运用散热片或电扇。

　　图3

　　LTC4052需求一个电流受限的墙上适配器，以操控充电电流的巨细。它还需装备过流维护电路，以便介意外运用较高电流或墙上适配器发作毛病时能供给维护。LTC4052是一款全集成的脉冲充电器，无需运用外部MOSFET或阻流二极管 (见图3)。这款独立的充电器IC具有C/10检测、充电状况指示、充电完毕定时器、墙上适配器检测及过流维护等功用。LTC4052的输入电源能够是4.5V到12V，并具有1%的 飘移电压精度。

　　总结

　　跟着在3G手机的功用不断添加，凌特将持续推出各种立异的IC，使这些手机不只能保持现在的外形尺度，并且还不必献身功用、可靠性及电池运用寿数。