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浅谈便携式产品电源管理发展新需求

上网日期: 2009年05月19日 ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:便携式产品? 电源管理? 多媒体播放器?

作者:Krosspower Engineer Evanlee

便携式设备最近几年来得到迅猛的发展,尤其是便携式多媒体播放器。随着技术的进步,如今的便携式播放器不再是几年前拇指大小的一个简单MP3了,而是3寸以上的LCD屏幕,使用32bit RISC/CISC内核,200MHZ以上的运行速度,包含DRAM以及其他大容量存储器等的一个小型“PC”系统。

从早期单纯MP3产品的推出,到后来的音视频一体化,再到如今热门的高分辨率视频产品,一代又一代的产品更新,对系统的电源供应要求越来越高:一方面我们需要更强的电源来应对产品更新带来的大电流需求;另一方面,工程师们还得注意满足其较高的便携性要求。这要求设计师们既要注意产品电源通路上的效率,以求用最小的电池获得最长的使用时间;另一方面亦需要注意接口的便携性,比如使用USB接口解决使用/充电等所有问题。

产品的功耗越来越大,如何有效的降低功耗成为了问题;USB的电流限制使得系统设计人员面临的挑战更加严峻:使用USB接口时往往供电和充电难以两全,同时外接适配器负载和瞬态性能等也会成为瓶颈。

720P高清视频播放器的出现、“山寨”UMPC的兴起、以及国家3G手机牌照的发放,是经济危机的寒冬里的暖人的灯火,未来的日子里,电子产业其实并不缺乏增长点。只是随着技术的进步,消费者要求的提高,提供更高性能的产品成是商品提供者永恒的追求。可是性能的提高往往伴随而来的是对于功率需求的大大增加,而此电源需求往往成为各个工程师的首要难题。这个时候,相对于传统的散件电源系统组成,高集成度的PMU(Power Management Unit)显示出了其优越性。

传统观念中人们将集成了两路或者两路以上的转换通道的电源转换电路称为PMU,其一直以来的定义给人的感觉为普遍将重心放在了多电源轨上,却对其余部分甚少提及。实际上,一个优秀的PMU不仅仅在于其转换通路,更重要的意义在于在一个系统中,其对于电源输入输出通道管理、监测保护、电源转换、功耗管理以及与CPU相应的信息沟通等的核心地位。它是一个系统长时可靠稳定、优异功耗表现以及良好的用户体验的保证。

一个好的PMU需要包含以下特点:

1,优秀的电源通路管理:目前产品中常见的供电源一般包含锂离子电池、USB接口以及外部电源适配器,一个优秀的PMU产品需要能智能的对输入电源进行选择,并在充电以及供电系统中做智能的能量分配,以更好的满足系统稳定工作的需要。

2,良好的接口适应性:一方面我们需要适应USB接口的限流限压需求,只能从USB接口吸取适当的功率;另一方面当我们接入外部适配器时有需要能尽量利用其最大功率以实现更短的充电时间。

3,高效的电源转换/功耗优化能力:经过通路管理后的电源需要经过适当的转换变为可适宜系统IO/CORE/MEMORY等使用的多电源轨,而这一切皆离不开高效优质的电源转换系统。通过其集成的开关元件实现对电源的变换并能实现针对系统负载的实时电压调节。

4,优秀快速的充电功能:实现大电流快速充电、高可靠的散热设计,更需要配合通路管理功能实现充电电流的自动平衡。

5,丰富的信息提供和简单通用的接口:最常见的接口即为与IIC兼容的串行两线接口,系统可通过接口设置系统工作的各个参数,如电源转换器工作模式以及充电电流大小等,更重要的是可实现DVFS(Danamic Voltage Freqency Scaling:动态电压频率调节),如此可实现根据不同的任务状态而调节系统的运行频率和工作电压,达到最大化的节能效果。

一个典型的结构图:


PMU目前发展的现状来看,由于技术门槛相对较高,大部分产品都来源于国外大厂。其实对于国内厂家而言,单独的IP可能不会有太大的难点,最关键的在于PMU产品是一个系统工程,我们甚至可将之提高到SOC(System On Chip)的高度,看成一个PMSOC(Power Management SOC)。其难处在于如何有效的将各个单元模块组合起来,组成一个高效工作的整体,实现智能的电源通路管理以及转换,管理系统电源并提供需要的信息。这一点则不仅仅要求在传统的电源领域里有高深的造诣,还需要PMU开发人员在实际的应用领域里有长时间的深耕和积累,才能清楚地知道消费者和工程师到底需要什么!

而对于习惯于散件应用的工程师而言,散件产品的简单易用可能在脑海里挥之不去,而对于PMU这样一个“新”产品一时难以接受。不过天下大势,分分合合,合合分分。当年PMU产品对于系统应用来说也曾红极一时,后来被散件替代,再后来散件被一些集成电路内部整合模块所替代。如今,随着功耗需求的增加导致严重的干扰以及散热问题,独立的电源转换器件又重新出头,不过随着产品的更新换代,节能的要求和对于大电流系统管理的需要,PMU或者说是PMSOC的应用才是王道。而对于对PMU尚有畏惧的工程师来说,打起精神,换一个系统的思维,去接受它吧。







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