Sinrace Power Supply Technology (Shenzhen) Co., Ltd.

小尺寸对于手机用集成电路是重要的。然而，在导航系统中，由于是大显示和大形状因数，所以体积不是关键性问题。所设计的导航系统一次只工作几小 时。固定在汽车仪表盘上的导航系统，由连接到汽车电池的12V适配器供电。适配器通常包含预稳压器来提供5V DC。通常用输入电压充电锂离子电池。电池充电器可以带或不带电源通路。

对于不带电源电路的充电器，电池是直接连接到负载，由充电器提供的电流在负载和电池之间分开。假若关断应用和没有负载电流，则充电器提供的全部 电流充电电池。当应用接通时，充电电流降低，其部分电流用在应用中。然而，不能断定进入电池的电流，仅仅知道用于电池和应用的充电器总输出电流。

拓扑

在第二种充电器拓扑中，一个开关把电池和负载分离。若到充电器没有输入电压，则开关闭合，而电池连接到输出，对应用供电。当连接外部电源时，电 池到电源输出的开关打开，而充电器输入到电源输出的第二个开关闭合。输入电压不是直接连接到输出就是预调整到高于电源电压100mV或到一个固定电压。第 二个电路独立充电电池。带电源通路的充电器提供限制输入电流(来自汽车适配器或来自USB总线)的选择。可以独立设置充电电流。电池的充电电流不依赖负 载，充电终端负载是精确的，而假若是外部供电，则输出电压可以等于输入电压。

与所用充电器类型有关的电源，其输入电压范围是不同的。最小工作电压通常由锂离子电池的最小电压确定，对于标准的锂离子电池、其最小电压可低到 3V。最大电压依赖于充电器。没有电源通路的充电器(图2)，最大电压等于最大电池电压(一般为4.2V)。对于带电源通路的充电器(图3)，此电压可上 升到5V以上。因此，希望电源在整个输入范围都具有良好的效率。这对于在电源芯片上集成有LDO(低压降线性稳压器)是重要的，因为其效率主要依赖于跨接 在通路元件上的电压，此电压由输入和输出电压的电压差确定。

图2 无电源通路的充电器

图3 带电源通路的充电器对集成电路方案，不必把电池充电器集成到电源管理单元(PMU)中。充电器可以配上适用的输入源和电池。充电器可以安置在靠近电池或输入连接器处，而PMU可放置在靠近所供电的处理器处。

集成电源选择方案

也有用于显示和显示背光及音频编译码器的集成电源方案。集成几个单元的器件变成用户专门器件。例如，TPS65024XPMU(图1)包含三个 降压变换器，专门用于手机的I/O、存储器和芯核电压。另外三个LDO为需要非常低纹波，或低电流的电源电压提供电压轨。LDO1和LDO2可提供 200mA输出电流，LDO3是专门的电压轨(Vdd-alive)，当应用处理器处于休眠模式时，需要接通它。输出电流能力是30mA，而LDO3电源 电流仅为10?A，保持在休眠模式下尽可能小的来自电池的电流。

图1 TPS65024框图

最佳选择所有器件是具有低静态电源电流，不需要提供任何电流到输出，但仍然保持输出电压。此参量对于待机模式下工作长时间是关键性的。低静态电源电流改善待机时间，而且对于DC/DC变换器非常低输出电流下的效率也是一个重要参量。

高效率

DC/DC变换器(即降压变换器)的效率受3个因数影响。在高输出电流下，效率主要由内部电源开关的电阻决定，所以低电阻是重要的。

在降压变换器中，工作在固定频率脉宽调制(PWM)模式，占空比依赖于输入/输出电压比。对于低输出电压，内部低端开关(NMOS)导通时间远长于高端开关(PMOS)。对于高输出电压，大部分时间是高端开关导通。

对于10mA~200mA范围内的输出电流，开关电阻不是损耗的主要考虑，而电源开关的栅极电荷和电感器损耗决定效率。适合的开关频率到输出电 流是在此工作范围内保持高效率的关键技术，此技术称之为脉冲频率模式(PFM)。PFM提供给输出一恒定能量，结果在高输出电流有较高的开关频率、在低出 电流有低开关频率(具有低开关损耗)。在变换器有非常低输出电流时，由静态电流电源引起的恒定损耗决定效率。

TPS650240对于Samsung应用处理器应用是最佳的(表1)，这种应用处理器要求1V(在低电压模式)和1.3V(在正常工作模式) 芯核电压。为使外部元件最少，降压变换器1具有固定3.3V或2.8V输出(专用于I/O电压)。变换器2是用于2.5V或1.8V存储器。变换器3的输 出电压可在1V和1.3V之间变化，这取决于数字输入(DEFDCDC3)的状态(见图4)。因此，不需要外部元件来设置两个降压变换器的电压。为了保持 灵活性，可以连接一个外部电压分压器来设置变换器1和2输出电压在0.6V到输入电压(Vbat)范围(图4)。

图4 设置变换器1和变换器2的输出电压

表1 TPS65024X功能

TPS65024X中的两个LDO具有一个分开的输入电压引脚，可使1.5V~6.5V范围内的任何电压供电LDOS。LDO3由输入电压引脚 Vcc内部供电。另外，内部的电压比较器可以用于检测电压是否低于一定的阈值，并告警应用处理器。所有的TPS650240X器件都设计成在电压和电流范 围内最高效率时保持损耗最小.