現(xiàn)今消費(fèi)性產(chǎn)品的成長趨勢，是針對行動娛樂目的之可攜式媒體播放器(PMP)的運(yùn)用。PMP的優(yōu)點(diǎn)，是能播放MP3與MP4格式媒體，因此，單一設(shè)備可用來播放DVD-CD，進(jìn)而能聽音樂或看電影。為達(dá)高容量的儲存能力，許多PMP更內(nèi)建硬碟機(jī)，如此讓典型的設(shè)備可以儲存超過150小時的影片、或1,200小時的音樂；然而，這些PMP的製造者正處於前所未有且持續(xù)增加的壓力下，他們在封裝這些功能於已受限空間的同時，還必須獲取更長的續(xù)航力。

由於大多數(shù)的PMP都具備影片播放與MP3播放的雙重功能，內(nèi)部電子元件在各種功率位準(zhǔn)下，需要更多低電壓輸出軌，原因很簡單：大多數(shù)數(shù)位大型積體(LSI) IC具有1.5V或更低的工作電壓，基於空間、效率與成本的限制，而以負(fù)載點(diǎn)(POL) DC/DC轉(zhuǎn)換將鋰電池的額定3.6V輸出電壓直接降壓至這些低電壓是不切實(shí)際的。

因此，設(shè)計者選擇了使用兩段式轉(zhuǎn)換方法做為替代，如此，他們使用一個高效率降壓轉(zhuǎn)換器，將鋰電池電壓降至1.5V，然後從這個1.5V主要軌，他們可以簡單地使用具有非常低壓差(VLDO)的穩(wěn)壓器，以供電給低電壓數(shù)位LSI IC。在大多數(shù)的情況下，這是可能的，原因是低額定操作電流以及在低電壓軌間的轉(zhuǎn)換效率，可達(dá)80%到90%範(fàn)圍。另一個採用VLDO的強(qiáng)制原因，是許多已啟動的低電壓IC對於雜訊具有相當(dāng)敏感性，如此一來，從這些穩(wěn)壓器所產(chǎn)生的輸出漣波必須小於1mVP-P。很顯然地，使用者可以輕易地將VLDO當(dāng)成降壓切換穩(wěn)壓器之後穩(wěn)壓器使用，以確保低漣波。

圖1：LTC3455在3.3V時，輸出電流增加到1.2A的電路圖。

在PMP內(nèi)使用HDD

在PMP內(nèi)採用HDD的一個主要成因，是對於大容量及容易讀寫之緊密儲存的需求。PMP的一般供電，可以取自AC轉(zhuǎn)接器、USB電纜或鋰電池；然而管理在這些電源來源間的電源路徑控制，則顯現(xiàn)了重要的技術(shù)挑戰(zhàn)。直到最近，設(shè)計者嘗試著利用一些MOSFET、運(yùn)算放大器等來實(shí)現(xiàn)此功能，但卻面臨了如熱插拔和造成極大系統(tǒng)問題的過大突波電流等重要問題。

大多數(shù)用在PMP的HDD會採用直徑小於2英吋的磁碟。東芝已推出一款在直徑僅為1.8英吋的單一磁碟30GB容量硬碟，日立則推出一款直徑1英吋單一磁碟的4GB微型硬碟，且直徑為0.85英吋的硬碟也即將推出。不管是哪一種情況，這些硬碟機(jī)於正常工作時，在3.3V電壓供應(yīng)下，只需約300mA電流；然而在啟動瞬間，峰值電流可高達(dá)1.2A，如此對於設(shè)計一個處理如此寬廣操作電流範(fàn)圍的DC-DC轉(zhuǎn)換器而言，將是相當(dāng)棘手的。

大多數(shù)PMP已使用一種特殊應(yīng)用積體電路(ASIC)，以滿足電池充電、電源路徑管理、提供多重供應(yīng)電壓，以及如真實(shí)輸出切斷和精準(zhǔn)USB電流限制等保護(hù)功能的需求，採用這些方案的原因是很清楚的；他們可獲得滿足他們所有電源管理需求的單一設(shè)備，然而，此方法也有一些缺點(diǎn)。首先，ASIC是基於一特定晶圓製造程序所生產(chǎn)，因而很難針對這些功能的每一項去達(dá)成效能最大化。第二、且是對於要求極短化、動態(tài)化設(shè)計週期的現(xiàn)時環(huán)境中更重要的，是ASIC定義與研發(fā)上所相關(guān)的冗長交貨期。一顆電源管理ASIC從構(gòu)想到交貨需時一年半載的情況並非不常見，此期間，針對特殊產(chǎn)品的設(shè)計需求，可能已改變了三次、或更多次。

圖2：載入電流與效率比

新思維方案

PMP的特性與功能，存在著一些共通性，對此一個特殊應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(ASSP)可被使用，而不會有任何與在單一晶圓製造製程生產(chǎn)IC時所關(guān)聯(lián)的效能折損情況。針對這些應(yīng)用所需的高整合度，Linear Technology最近推出了LTC3455，這是一款無縫式電源管理元件，能在AC轉(zhuǎn)接器、USB電纜與鋰電池間做切換，並符合USB電源標(biāo)準(zhǔn)，而該元件採用4 x 4mm的小型QFN封裝。

針對電池供電應(yīng)用，LTC3455也整合了一個完整的鋰電池線性充電器，可提供高達(dá)800mA充電電流，加上兩個可供大部份USB週邊設(shè)備所需的低電壓軌的高效率同步降壓轉(zhuǎn)換器，此外，LTC3455也可提供啟動重置訊號予微處理器，HotSwap輸出來驅(qū)動記憶卡以及自由放大增益器用於低電池偵測或LDO控制器。

圖1為LTC3455的應(yīng)用電路圖，展示了這顆元件的多重功能運(yùn)作過程。其DC/DC轉(zhuǎn)換是以降壓方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。LTC3455晶片上兩個降壓轉(zhuǎn)換器中的任何一個都是以電流模式控制工作，在接腳選擇Burst模式操作下，效率可達(dá)96%。這些DC/DC轉(zhuǎn)換器以固定的1.5MHz切換頻率工作下，可使用小型的外部電感。

圖3

LTC3455的電源供應(yīng)方法與現(xiàn)存的電池和電源管理IC不同，它們屬於充電器饋送系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)下，外部電源並不直接供應(yīng)給負(fù)載，而是將交流轉(zhuǎn)接器或USB埠電源用於對電池充電，然後電池再供電到負(fù)載，如此一來當(dāng)電池處在過度放電的情況下，提供電力至負(fù)載將產(chǎn)生延遲，原因是電池在還未達(dá)到所需的最低電量時，將無法提供電力。

若使用LTC3455，則以上延遲情況將不會發(fā)生，因而當(dāng)AC或USB電源一接上後，可攜式裝置即馬上獲得供電。此外，此晶片會將任何負(fù)載剩餘的可用電力用於對電池充電上。

該元件能去除充電延遲和同時進(jìn)行電池充電與負(fù)載供電，這項特性能延展可攜式裝置的有效電池續(xù)航力，並且當(dāng)與USB電纜連接時可加速充電。而此電源管理技巧的另一個優(yōu)點(diǎn)，是無論使用的是AC或USB電源，都可提高效率。在這些情況下，電源轉(zhuǎn)換的不必要階段(即是電池充電)可被去除。

在1.2A下提供3.3V啟動HDD

在900mA的內(nèi)部電流限制內(nèi)，Switcher 2(請參考圖1的SW2)典型地提供一個3.3V，600mA的輸出。雖然此電流已足夠供應(yīng)一般的行動電話，但如果在一個HDD存在的環(huán)境下，對於可提供超過1A的3.3V供應(yīng)則是有必要的。利用加入一個微小的SOT-23 PMOS FET，和使用做為LDO用的放大增益器，LTC3455可以簡單地滿足此需求，這個3.3V輸出目前提供1.2A輸出電流，足夠符合一個HDD在磁碟啟動時所需的峰值電流要求。

圖4

Switcher 2可程式為一個3.3V的輸出電壓，而LDO則可程式為一個3.2V (3%低)的輸出電壓。只要當(dāng)負(fù)載電流低至可由Switcher 2供電，例如當(dāng)HDD磁碟已經(jīng)轉(zhuǎn)動時，LDO則會被完全關(guān)閉。然而，當(dāng)負(fù)載電流超出Switcher 2所能供應(yīng)，例如當(dāng)HDD磁碟需要從靜止啟動時，3.3V輸出會稍微下降而LDO則提供額外所需的電流。雖然當(dāng)3.3V的輸出電流從0.5A跳到1.2A時，瞬變響應(yīng)會下降，此時可加入更多的輸出電容，以改善在高電流負(fù)載跳動下的3.3V瞬變響應(yīng)。

本文結(jié)論

很明顯地，可攜式媒體播放器的設(shè)計者，擁有許多可行的選擇來確保在其特殊的功能組態(tài)下電池壽命的最佳化。結(jié)合多功能的ASSP與VLDO穩(wěn)壓器，可以提供所需電壓與功率位準(zhǔn)，進(jìn)而在確保正常工作下，在從電池汲取的電力達(dá)最小化的同時，還可實(shí)現(xiàn)最佳系統(tǒng)效能。

作者：Tony Armstrong

tarmstrong@linear.com

電源產(chǎn)品事業(yè)群產(chǎn)品市場經(jīng)理

Linear Technology Corporation