提高转换器开关频率,设计多媒体超薄手机

2006-07-24 09:15:54来源: 电子工程专辑
如今,手机等便携电子产品开始越来越多地集成MP3播放、数百万像素拍照和视频点播(VOD)等先进多媒体功能,但与此同时,它们所须处理的功率也以指数形式增加。而随着驱动这些多媒体内容的手机处理器的内核电压迅速朝1V逼近,I/O电压现在也已经降至1.8V,处理器的功耗也在降低。

这些便携电子产品采用的电源通常是一块输出电压为3.6V的锂离子电池,为实现较高的转换效率和更长的电池使用时间,需要采用多个DC/DC转换器。但与以前采用LDO稳压器进行功率转换不同,DC/DC转换器需要采用更多的外围辅助器件。

使用多个DC/DC转换器所带来的问题并不局限于转换器本身的体积大小,还包括外围器件的体积大小问题。即便是采用磁场转换技术、转换效率可达到90%甚至更高的转换器,它也需要将能量存储在外部电感进而传递至负载。

其中,外部电感物理尺寸所占的板面积比DC/DC转换器本身所占的板面积还要大得多。降低电感体积的关键是提高转换器的开关频率;电感值一般与转换器的开关频率成反比。

在转换器的开关运行中,必须保证电感不处在饱和状态,以确保高效率的能量存储和传递。饱和电感在电路中等同于一个直通DC通路,故不能存储能量,也就会使开关模式转换器的整个设计初衷功亏一篑。在转换器的开关频率已经确定时,与之协同工作的电感必须足够大,并且不能饱和。

开关频率决定了实际的最小电感值。虽然1MHz和2MHz电感体积相近,但前者的最小电感值比后者高。电感值与电感体积成正比;所以,若电感值降低,相应的电感体积也会减小。但所需的电感值并非完全由开关频率决定。开关频率决定电感的最小值,但除最小值外的其它电感值取决于转换器本身的补偿和环路设计。在最终决定选择什么转换器前,应该彻底通读其数据手册。

因此,如果DC/DC转换器的开关频率显著提高,则整体方案的体积也会随之大幅减小。举例来说,当转换器的开关频率提高到8-10MHz时,电感值可从4.7μH降低至0.47μH;而在目前主流电源管理IC和分立转换器中,普遍使用的是4.7μH的电感。Micrel的MIC2285就是一款工作频率为8到10MHz、采用0.47μH电感的转换器。与此相应的是,电感所占用的板面积从3mm2减小至1×1.2mm2,减小了超过85%。

更高的开关频率允许在设计中采用片式电感,而非标准的绕线式电感。使用片式电感,可帮助将高度降至1mm以内,这在当今流行的超薄手机设计中是一项关键特性。

随着数字、音频和视频处理功能被集成到单一产品中,手持设备已经成为便携媒体通信中心。在这种趋势下,手持设备内的空间变得日益珍贵。而随着诸如超高工作频率等创新技术的应用,我们既可以实现所需的功能,又能维持我们所期望的纤巧外型。

关键字:处理器  功耗  超薄

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/news/rfandwireless/200607/5112.html
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