高耗電移動設備的發(fā)展

　　1 用作前置穩(wěn)壓器的降壓-升壓轉換器

　　降壓-升壓轉換器可在提高系統(tǒng)整體效率和延長電池續(xù)航時間方面發(fā)揮重要作用。例如，它們在用作PMIC低壓差穩(wěn)壓器(LDO)的前置穩(wěn)壓器方面就十分成功。移動系統(tǒng)PMIC可使用多達30個專用于子系統(tǒng)(如藍牙、SD內(nèi)存和RF收發(fā)器)的LDO，其輸出電壓范圍為1.2V - 3.3V。通常用于這些系統(tǒng)的鋰離子電池可具有從4.35V到低至2.5V(在動態(tài)線路和負載瞬變情況下)的電壓范圍，盡管電池電壓大多數(shù)時間維持在3.7V。

　　問題是，大LDO壓差會造成過量效率損失，且線電壓擾動可能導致這些下游子系統(tǒng)的瞬時欠壓問題。這個問題可通過提供穩(wěn)定的輸出電壓(如3.3V)來解決，這也讓LDO系統(tǒng)設計更容易，因為更容易預測系統(tǒng)在頻繁瞬變條件下的運行狀態(tài)。但關鍵改進是來自所有LDO的余量電壓和壓差的減小。事實上，效率優(yōu)勢會相當可觀。熱預算也因為PMIC的功耗降低(這會降低管芯溫度和PMIC器件內(nèi)所有功率MOSFET導通電阻)而受益。

　　如圖1所示，給PMIC LDO供電的方法有兩種：用電池直接供電，或通過降壓-升壓轉換器供電。

　　Intersil的工程師進行了一次實驗，來比較兩種方法對電池續(xù)航時間的影響。實驗安排模擬了常見的應用情況，如通過Wi-Fi傳遞的視頻流和對SD內(nèi)存卡的讀/寫操作。在此情形下，實驗發(fā)現(xiàn)使用降壓-升壓穩(wěn)壓器的方法可使電池續(xù)航時間延長8%以上。圖2顯示了在同一個負載下分別使用電池直接給LDO供電和通過降壓升壓轉換器再給LDO供電的兩種情況下的電池放電曲線。

　　2 降低無負載靜態(tài)電流

　　除了正常工作期間的能量節(jié)省，如圖3所示，開關轉換器還能從實驗中使用的ISL91106降壓-升壓轉換器集成的低功耗旁路模式獲益良多。在低功耗旁路模式下，轉換器的輸出直接連接至輸入。該特性可幫助使轉換器的無負載靜態(tài)電流降低多達98%，同時維持下游子系統(tǒng)(如PMIC、SoC、音頻、顯示屏、攝像頭和接口外設)的睡眠模式或“keep-alive”功能。

　　這一由邏輯方法控制實現(xiàn)的旁路功能可向系統(tǒng)工程師提供傳統(tǒng)開關轉換器無法提供的靈活性。一旦該旁路功能被禁用，轉換器就能回到良好的穩(wěn)定輸出電壓。

　　諸如ISL91106和ISL91107等下一代降壓-升壓轉換器采用可提供高達96%效率的H橋架構，解決方案總尺寸小于20 mm2，同時在使用典型鋰離子/鋰聚合物電池的情況下，仍然可以提供高達9W的輸出功率。