系統(tǒng)設(shè)計工程師便攜式設(shè)備電源設(shè)計攻略

從產(chǎn)品定義規(guī)劃人員的角度來看，便攜式設(shè)備兩個最重要的電源設(shè)計指標是連續(xù)工作時間和待機時間。那么，對一個負責(zé)產(chǎn)品開發(fā)的系統(tǒng)設(shè)計工程師來講，從哪些方面入手才能使得這兩個指標性能最優(yōu)呢？

 

很顯然，我們首先應(yīng)考慮如何增加電源供給量。如果我們能從源頭上解決這一問題，即找到比現(xiàn)有的鋰離子電池功率密度更大的電池，那么所有熱門便攜式設(shè)備的連續(xù)工作時間和待機時間性能就都能得到大幅度的提高。

 

而在這方面，業(yè)界既有好消息也有壞消息。好消息是功率密度比現(xiàn)有鋰離子電池高1.5倍或2倍的燃料電池已經(jīng)到了接近商用化的程度。例如，美國燃料電池供應(yīng)商MTI Micro已經(jīng)克服了商用化道路上的三大障礙，即燃料電池的出水問題、使用便宜的甲醇做原料、以及小型化。三星已經(jīng)開發(fā)出了基于燃料電池的數(shù)碼相機和手機原型產(chǎn)品，東芝在2002年也推出過使用微型燃料電池的Gigabeat MP3播放器。

 

不過，壞消息是業(yè)界仍然有很多人認為燃料電池的價格還是有點貴，而這對于利潤日趨微薄的消費電子制造商來說是很難馬上加以接受的。例如，Micrel電源產(chǎn)品營銷總監(jiān)Andy Khayat就表示：“盡管針對消費電子產(chǎn)品的高性能燃料電池已經(jīng)推出有好幾年了，然而它們的價格仍然太高，而且人們擔(dān)心易燃性液態(tài)燃料具有潛在的可靠性問題。因此具有代表性的消費電子市場還沒有接受燃料電池，而要被大眾消費電子市場接受需要更長的時間，有可能要等到2015以后。”

 

凌力爾特公司電源產(chǎn)品部產(chǎn)品市場總監(jiān)Tony Armstrong也認為：“盡管燃料電池已經(jīng)在實驗室里證明了自己的效能，甚至有的還實現(xiàn)了商品化。然而，由于在其熱問題和更新問題的管理方面存在難點，因此所取得成功是有限的。實際上，從商用的角度來看，燃料電池要想成為移動電腦的理想電源還有一段距離。”

 

也正是由于這樣的現(xiàn)實問題，因此目前業(yè)界還主要在減少功率的消耗、提高功率轉(zhuǎn)換效率和降低靜態(tài)電流/泄漏電流等方面下功夫。

 

為了盡可能地減少功耗，系統(tǒng)開發(fā)工程師一般同時采取兩種方法，一是盡可能地優(yōu)化電路設(shè)計；二是盡可能地尋找在同類器件中工作功耗最低的替代品。

 

為了最大限度地提高功率轉(zhuǎn)換效率，系統(tǒng)工程師一般也會同時采用兩種方法，一是盡可能地采用功率轉(zhuǎn)換效率高的器件，如用D類功放代替AB類功放，以及用開關(guān)型DC-DC轉(zhuǎn)換器代替LDO；二是采用各種措施(PWM/PFM調(diào)制模式轉(zhuǎn)換、改變供電電壓和工作頻率等)來提高各種負載條件下的功率轉(zhuǎn)換效率。

 

降低靜態(tài)電流/泄漏電流主要是為了盡可能地提高待機時間，在這方面，系統(tǒng)工程師唯一可采用的方法就是在設(shè)計時盡可能采用靜態(tài)電流/泄漏電流更低的同類器件。

 

除此以外，還有一個應(yīng)特別加以重視的電源問題就是靜電(ESD)保護，ESD保護不過關(guān)，很多產(chǎn)品根本無法出口到重要的歐美及日本市場。因此，ESD的控制對便攜產(chǎn)品來說，是必需品，不是選項。ESD是目前整個電子產(chǎn)業(yè)共同面臨的問題，電子產(chǎn)品在設(shè)計、生產(chǎn)、封裝、測試、以及搬運等每個環(huán)節(jié)都會受到ESD的影響，甚至破壞。

 

但盡管ESD關(guān)系重大，卻并不代表必須針對制造與設(shè)計流程，均勻地分配資源來防范ESD的影響。事實上，在元件層級的ESD保護上，耗費過多資源并非明智之舉。我們應(yīng)該將更多的精力放在系統(tǒng)層級的ESD保護上。

 

當(dāng)然，對系統(tǒng)設(shè)計工程師來說，系統(tǒng)級的ESD保護機制不僅應(yīng)當(dāng)讓電子元件和系統(tǒng)更能抵擋ESD的沖擊，而且必須同時針對成本、技術(shù)以及客戶本身的需求進行全盤考慮。