子设备设计中,也要充分考虑采取节省电池能量和提高电源效率的电源管理技术。例如,现在便携式电子设备的处理器一般都设有几个不同的工作状态,通过不同的节能模式(空闲、睡眠、深度睡眠等)可降低功耗。
在开发一个高效电源管理系统时,必须先从理解电源的特性和要求着手,高效电源管理技术的应用需要具备有关负荷类型和特性。在便携式电子设备中,有两种需要电源管理的应用:数字子系统(核心与I/O)和信号路径(模拟或射频)两者对性能的折衷要求也各不相同,只有采取不同的设计方法才能保证系统的最佳性能。
f(1)微处理器与I/O电源管理。在大多数便携式电子设备中,数字子系统(微处理器与数字IO)的耗电量在总功耗中占有很大的比例,许多子系统中的处理器必须一直有电源供应,包括处于等待状态下。在现代的数字子系统中,这种对高效率的需求变得更加复杂,并且电源电压UCC,比输入电压低得多,最低可达1V。这些因素结合在一起,促进了对高精度变换器的需求。
开关式DC/DC变换器可以避开线性变换器效率低的问题,通过使用低电阻开关和电感器实现了高达96%的效率,极大地降低了转换过程中的功率损失。由于开关式DC/DC变换器工作在超过1MHZ的高开关频率上,所以外部电感器和电容器的尺寸可以缩小。开关式DC/DC变换器的主要优势是稳压效率非常高,而与输出电压与输入电压(UOUT/UIN)比无关。但是,开关式DC/DC变换器也有不利的一面,主要是需采用电感器,电感值越小,纹波电流越大,当系统要求使用极小型元件时,必须在两者间做出平衡。虽然提高开关频率可以使用较小的电感器,但由于场效应晶体管(MOSFET)开、关的延迟以及为栅极电容快速充电的功率增大,开关损耗也增加了(效率降低),MOSFET的栅、源极之问有一个电容,当该电容被“充电”时,MOSFET不能完全处于饱和范围内(源、栅电阻RDSON不为最小),对于需要外接MOSFET的控制器,选择MOSFET十分重要,低RDSON的MOS-FET在低负荷时门损占总损耗的比例较大,应当控制MOSFET在低负荷时的门损。因此应选用低RDSON而且具有低栅极电容的MOSFET。开关式DC/DC变换器的输出纹波电压与电感的纹波电流和输出电容ESR的乘积成比例。陶瓷电容的ESR最低,在设计中应首选陶瓷电容。
固定频率的开关式DC/DC变换器运用于已知道didt噪声频率范围的系统,而负荷较轻时效率损失很大。如果负荷为“满功率”或关机状态下,这点并不重要,但考虑到数字处理器或内存在等待状态下也要保持供电,r