便攜式媒體播放器的電源管理分組技術(shù)(06-100)

　　GPS 芯片組使播放器能用作便攜式 GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)，而 FM 調(diào)諧器 IC 則能接收無線電廣播。

　　便攜式媒體播放器需要幾種類型的存儲設(shè)備和處理內(nèi)存。處理器通常與閃存存儲器協(xié)同工作，并利用 EEPROM 存儲配置數(shù)據(jù)和操作系統(tǒng)。音頻和視頻數(shù)據(jù)可存儲在 SD 卡等移動存儲介質(zhì)上，而內(nèi)置硬盤驅(qū)動器通?？纱鎯^大的數(shù)據(jù)資料。

　　處理器、存儲器和顯示屏構(gòu)成整體系統(tǒng)，需要不同的電壓軌和大量電力。我們必須高效管理電池，實現(xiàn)高效充電，盡可能提高電池到系統(tǒng)的電壓轉(zhuǎn)換效率。電池通常是一節(jié)鋰離子電池，電池容量根據(jù)整體用電需求在 1200 至 2000mAh 之間，充電電流應(yīng)高于 1A。鋰離子 (Li-Ion) 電池充電器能安全準(zhǔn)確地給電池再充電，而精確的電池電量監(jiān)測設(shè)備可確定充電狀態(tài)，并有助于系統(tǒng)最大限度利用任何可用電量。

　　數(shù)個電源轉(zhuǎn)換器將電池電壓轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)電壓。3.3 V 的高電流電源軌可用于對帶有顯示控制器與背光功能的TFT LCD顯示模塊、高量漏極(HDD)、處理器 I/O 以及音頻編解碼器供電。處理引擎要求的內(nèi)核電壓相對較低，1.2 或 1.8 V 即可。音頻與 RF 組件電源可能需要用線性穩(wěn)壓器來實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出，以便濾掉開關(guān)轉(zhuǎn)換器紋波。

　　我們有必要更密切地關(guān)注一下電源管理系統(tǒng)的分組。通常人們會認(rèn)為，與數(shù)字組件類似，電源系統(tǒng)也應(yīng)盡可能集成。但這會帶來嚴(yán)重的問題。如果將線性電池充電器與功率轉(zhuǎn)換級集成，就會在集成度極高的板級空間造成散熱問題。此外，電池充電器通常靠近電池與 AC 適配器的連接處，而功率轉(zhuǎn)換級的理想位置是接近負(fù)載點，即處理系統(tǒng)。還有一點值得注意的是，不同型號的媒體播放器根據(jù)用途不同要求不同的充電器特性，但功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)都是一樣的。鑒于上述原因，最節(jié)約成本、設(shè)計也最方便的解決方案就是將電池管理與功率轉(zhuǎn)換分由不同的IC來完成，如圖 1 所示。這不僅有助于最大化設(shè)計靈活性，簡化布局與散熱管理，而且還能夠降低解決方案的總成本。

　　為了維護(hù)安全工作條件并最大化電池工作時間，電池充電器應(yīng)確保鋰離子電池的充電過程符合制造商的規(guī)范。要實現(xiàn)這一目標(biāo)，就要采用恒流恒壓 (CCCV) 的充電方案，并確保穩(wěn)壓精度小于 1% ，以避免出現(xiàn)過度充電。我們應(yīng)識別出剩余電量極低的電池，先以一定比例的最大充電速度給它充電，慢慢提高電池電壓，然后再進(jìn)入快速充電模式。此外，充電器應(yīng)通過專門的溫度傳感引腳 (TS) 測量電池的溫度，避免在 0 ℃～40℃ 范圍之外進(jìn)行充電，從而盡可能延長電池的工作時間。

　　不管電源來自 USB 端口還是 AC/DC 墻上適配器，充電器都應(yīng)對充電工作加以管理。就某些應(yīng)用而言，充電 IC 的電力來自高壓前端 DC/DC，電池可直接從高壓電源進(jìn)行充電，如轎車或卡車所用的電池就是這種情況。輸入引腳上的額定輸入電壓最大可達(dá) 18 V，這不僅能避免系統(tǒng)在DC 電源線路上出現(xiàn)過壓峰值，而且還能使用價格較低的非穩(wěn)壓墻上電源。充電 IC 可以確定進(jìn)入電池的實際充電電流和系統(tǒng)所用的電流。因此，電池充電和系統(tǒng)運行同時進(jìn)行的情況下，充電過程也不會出現(xiàn)非正常終止問題。上述解決方案實現(xiàn)了動態(tài)的電源管理，在系統(tǒng)和電池間合理分配可用的 DC 輸入功率。如果系統(tǒng)電流上升，電池充電電流會自動降低，反之亦然，從而滿足整體供電量的要求。這有助于優(yōu)化成本，使墻上電源也能滿足系統(tǒng)整體的平均用電需要，兼顧電池充電和應(yīng)用運行，而不是必需采用滿足最嚴(yán)格用電條件的電源。

　　我們在微型的 3.5mm x 4.5mm QFN 封裝中集成了所有必需的充電控制和電源通道電源晶體管，從而使解決方案的整體尺寸達(dá)到了最小化。此外，我們還可使媒體播放器系統(tǒng)在電池充電器給電池充電的同時實現(xiàn)睡眠模式下工作。充電器將根據(jù)檢測到的最小電流終止充電，并提供可編程定時器，進(jìn)一步提高安全性。

　　我們可用電池電量監(jiān)測計來精確測定剩余電池電量，從而進(jìn)一步改善電池管理。這樣，處理器就能有效采用低功耗模式，并在需要充電時提醒用戶，從而更好地管理媒體播放器的功耗。