德州仪器Stone Zeng:TI便携产品电源管理解决方案

2012-08-06 10:41:17来源: EEWORLD

德州仪器高级应用工程师Stone Zeng:大家好,我是来自德州仪器的Stone Zeng,今天我给大家介绍的是TI便携产品电源管理解决方案,我给大家带来一些小产品,也讲一些小技术,中间也会有一些问题提问给大家,我们有一些小礼品赠送。

今天我主要分为五个方面的内容,首先是SuPA,第二是闪光灯的驱动,第三是背光和背光显示的电源,第四是低功率的DCDC用在产品上,最后是电池的充电管理。什么是SuPA呢?SuPA就是PA的供电单元,使用SuPA有什么好处?首先可以延长25%的使用时间,降低30%的温升,同时可以支持多膜、多屏的PA成为可能,因为这种PA的功耗比较大,所以使用我们的SuPA最根本的目的是降低PA的功耗,提高PA的转换效率。从2001年开始就在从事SuPA产品,目前已经超过2.5亿颗。

SuPA有什么好处呢?传统式的PA是直接挂在电池上的,所以如果PA的小电流工作的时候,它有很大一部分能量是以热的形式在内部。使用SuPA以后是来控制PA的供电电压,主动的动态调节,使得我们PA的供电电压随着所需要的功率做一个动态的变换。这是使用SuPA和没有使用SuPA电池的耗电电流,使用SuPA以后电池电流可以降20%到50%。使用SuPA的好处是降低温升,这是我们的实际测试,在没有使用SuPA的时候PC板的温度可以达到90度,使用SuPA以后可以降到60度,所以可以降低30度的温升和节省30%的能耗。

我们的LM3242是750毫安的SuPA,它支持的是3G和4G,它最大的电流是750毫安,同时可以支持到1安的输出电流。我们采用的是6兆的开关频率,所以可以使用很小的输出电感。我们的LM3243是3242的升级版,它同时支持2G、3G、4G的网络,所以它的开关电流是2.5安培的输出电流。我们有5种工作模式是为了在轻载的时候可以提高效率,在电池输出电压比较低的时候可以用(白PAS)模式。是芯片自动切换的,所以用户可以不用管它。

给大家介绍一款产品是射频的检测器,是用来检测PA输出的电流功率,我们知道PA的射频输出功率过大,会造成能量的损耗,甚至是对人体造成伤害。如果PA的输出功率不足,会容易导致掉线或者是比较低的数据传输率。精确的测量PA的输出功率是非常必要的,我们针对这一块做了一系列的产品。我们有2G模式下GSM、CBA的,有3G的、4G的LTE的产品。今天主要给大家介绍LMH2120和2110系列,它具有很低的温度误差,所以温度差少于0.5个db。我们可以不需要把它关掉达到延长电池时间的目的,我们的电压范围不需要单独的,可以接到电池上,节省外部的器件。

首先我的第一个问题是什么是SuPA?

听众:SuPA就是提供一个电源供电,For PA。

Stone Zeng:使用时间更长,不需要再找一个充电器。接下来给大家介绍一下我们在闪光灯驱动里面的方案,电池的发展速度最近都是跟不上功耗的需求,这是一个普通的CDMA和电流需求的图表,传统意义上如果是CDMA的手机不加1.2安培的闪光灯,大概是3安培左右。在闪光灯驱动里会有什么样的挑战和方案呢?首先是闪光灯驱动器本身的热损耗,所以我们在LM3559是可以达到89%的效率。闪光灯驱动碰到第二个问题是LED闪光灯本身的热损耗问题,我们知道传统式的LED是共阳极的接法,不利于热的损耗,需要一个专门的散热器给LED散热。我们的方案是采用共阴极的方法,所以LED的N极是直接到上面,可以供热。所以我们的恒流部分是做在高端,这样可以实现这种方式。

刚才说到电池的输出电流有限,而且闪光灯目前的需求量是越来越大,我们是怎么来解决这个挑战的呢?大家看一个图表,这是输入电压,第二个波形是闪光灯的驱动电流,大家可以看到从这个地方闪光灯已经开始工作,闪光灯的电流慢慢上升,输入电压慢慢下降。当下降到一定值的时候,还没有到电池保护电压的时候,我们内部对这个输出电压进行侦测,所以如果电池电压掉到设定的法值的时候,我们保持闪光灯的电流不变,这样避免当你用一个手机拍照的时候,手机的电池电压已经是弱电的时候,你不会“咔嚓”一声自动关机,所以使用我们的可以解决这个问题,可以自动的控制电流,维持输出电池的电压不会掉于保护电压。LM3556是1.5安培的闪光灯驱动器,所以可以看到它是共阴极的接法,它是可以直接贴到铜体散热的。第二是采用4兆的开关频率,可以使得我们使用更小尺寸的电感,效率更高,最高峰值的效率可以做到90%。闪光灯驱动器有很宽泛的产品线,电流从小到500毫安,大到2个安培,我们支持单颗灯的LED闪光和双颗灯的LED闪光。

接下来讲一下背光的控制,因为现在手机屏幕尺寸越来越大,所以背光的损耗也在不断的提升,到2014年会占到54%。如何提高背光的效率呢?我们会从两方面来着手,第一方面是LED背光的组成方式,同样是8颗的LED背光,到底是8颗串起来好?还是把4颗串起来做一串,把两串并起来呢?这边有一个对比,显而易见,两并四串的方式效率远比一串八并的效率要高。

第二是CABC,根据内容来调整背光的控制技术,我们的处理器首先是把影像的信号传输给显示器的驱动器,显示器的驱动器会解读影像的资料,给出一个CABC的信号,根据显示内容的明暗给出一个CABC的信号。我们的控制器根据CABC来动态的调整驱动电流。我们有播放两部影片,《The Office》和《terminator Trailer》。这是背光的产品线的介绍,有TPS61161,最高可以支持10颗LED。还有其他产品是可以支持最多到6个,LED数最多可以到60颗。同时,我们的LM3532和3533、3630系列都可以支持CABC功能,然后可以达到省电的目的。这是61160系列的,它是单的串,但是最多可以支持10个LED,最高是2.7V—18V,使用很简单,外接一个电阻。LM3532,可以支持3个灯串,每串可以支持10个LED,所以它也支持CABC功能。这里还有一个黄景光的检测,可以支持黄景光的Sensor。我们的LP8556是一颗支持6个灯串,最高也是可以是60颗LED的,这个是在大屏的显示上。大家注意到它的输入电压范围是27V到22V,所以可以支持一节、两节甚至三节的锂电池。每一串的电流差小于0.5%,如果电流误差做得很大,大家可以看到屏的亮度是不均匀的,所以用户体验会不好。在大屏的时候,传统式的方案或者便宜的方案是把这6个灯串并在一起,通过用一颗LED驱动器来做横流,所以每一个LED的电压不一样,每一串分到的电流也是不均匀的,用户看到背光屏会出现这边忽暗、这边忽亮的情况。我们对单独的芯片做横流控制,而且误差值小于0.5个百分点。

我的第二个问题是什么是CABC控制?

听众:根据内容来调整背光电源。

Stone Zeng:完全正确。接下来给大家讲一下在便携式产品低功率的DCDC。在讲之前,我想给大家介绍一下小功率DCDC的产品一般有两点,一个是满载的效率,第二是轻载的效率,还有待机时的功耗。今天给大家介绍一下DCS控制技术,它采用的是直接控制技术,它能实现在满载到省电模式之间的无缝切换。

DCS控制技术有什么好处?第一,我们采用的是演化过来的技术,有非常快的动态响应,所以特别适合给处理器核供电。第二是它能实现在PW模式和PF模式的无缝转换,里面没有开关,是自然的切换过程,同时支持输出电流。第一个是输出的电流,0.1安培—1安培的变化;第二条线是输出电压3.3V,每一隔是50个毫伏,中间是输出电流。所以可以看出输出电流在0.1安培和1安培之间变化,输出电压是小于50个毫伏。这是在满载的模式下,这是在省电的模式下,自然无缝的切换。这是典型的效率图,输出是3.3V,这是1安培的时候,效率有90%多,这是100毫安的时候,10毫安,大家看一下1毫安的时候5V的效率有多少?接近90%。在1毫安的时候效率可以接近90%,这是使用DCS控制技术的好处。

TPS6213X/4X/5X技术,这是6安培和5安培。我们最新的DCS控制技术是6236X系列的,主要给核供电,处理器需要DBS功能,所以它也是支持DBS功能的,同时是10个毫伏。所以输出电压有多个版本,从0.7V到1.4V,或者是0.77V到1.4V。大家看一下这个应用框图,我们需要的外部元件只有三颗,一个输入电容,一个输出电容,一个电感,所以非常适合在便携式的产品上,特别是现在手机尺寸做得越来越小,空间越来越小,越来越轻薄的情况下。

最后介绍一下TI在电池管理方案的一些解决方案,传统分为线性和开关式的,在开关模式下又可以分为单节的和多节的充电。给大家介绍锂电池里面使用很重要的一个技术叫做DPM,所谓的DPM是动态的电源管理,这边有一个示意图。我们使用一个5V2A的进行供电,如果系统上需要0.5安培,我们可以有一个1安培的电流给电池充电。当系统需要1.5安培的时候,我们可以动态调整充电池的电流。当如果系统电流超过2.5安培,我们可以从电池给电。所以使用DPM技术的好处是你可以是一个耗电大户的系统,但是你可以使用一个比较小的,所以尺寸和成本都会降低。bp24170系列,它可以内部集成同步的等流管,所以可以使用外部比较小的尺寸电感,所以它同时也是支持DPM技术的充电管理IT。最大的充电电流可以达到4安培,满足目前或者下一代平板的电池管理需求。我们有几个版本,第一个是固定电压输出的BQ24170系列,还有可调整的BQ27142。

第一个问题是使用DCS技术有什么好处?

听众:一个是从PMF到PWM,可以无缝切换,第二是动态响应快。

Stone Zeng:对,完全正确,DCS技术是动态响应很快,第二是可以无缝切换,对你的系统不会造成影响,在满载、轻载和待机功耗的效率都很高。

最后一个问题是什么是DPM技术?

听众:动态电源管理。

Stone Zeng:完全正确。使用DPM技术有什么好处?

听众:使用DPM可以当负载电流比较大的时候,电流可以一起供电。当电流负载比较小的时候可以分一部分的充电电流给它充电,所以这时候可以做到总的电流在不变的情况下,对温升会比较好一点。

Stone Zeng:它的好处是在于额定的电流,当系统耗电比较大的时候,给充电电流比较大,这样子可以节省电池的充电时间。今天就到这里,谢谢大家。

关键字:德州仪器  Stone  Zeng  便携产品电源管理解决方案

编辑:马悦 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/2012/0806/article_14395.html
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