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电池供电型便携式设备一些新发展趋势 　　对于电池供电型便携式电子设备的销售而言，2006年是业绩辉煌的一年。在2006年里，消费者购买了超过9．5亿部手机、2．2亿台笔记本电脑、1．4亿部MP3播放器、9000万部数码相机(DSC)和1000万部GPS系统。不过，我们还漏提了一类产品，那就是兼具上述两种甚至三种产品功能的组合型设备，例如便携式媒体播放器(PMP)或数字媒体广播(DMB)产品。这些产品同样采用单节锂离子电池作为其主要电源，并且正在迅速成为消费电子领域中的重要一员。 　　在很多PMP当中，很多都包括一个硬盘驱动器(HDD)，这将使得一部便携式设备能够存储超过150小时的视频节目或1200小时的音乐。然而，这些PMP的制造商们正背负着一种日益沉重的压力，就是要把所有这些功能集成到外形尺寸已经受限的产品之中，同时还要延长产品的运行时间。 大多数PMP都兼具视频播放器和MP3播放器的功能，因此，内部电路需要多个处于不同功率电平的低电压输出轨。其原因是显而易见的，大部分数字大规模集成(LSI)IC都具有1．5V或更低的工作电压。与此同时，存储器和I／0电压要求则从2．5V到3．3V不等。这样一来，采用多个直接从锂离子电池获取电源的负载点(POL)DC／DC转换器就变得不切实际了，所以，系统设计师们正在采取一种集成度更高的方法。 　　同样地，手机的功能也不再仅限于通话。大多数智能手机都具备上网浏览、电子邮件和照片的无线传输、流媒体、电视接收、甚至GPS功能。一种悄然兴起的趋势是在便携式设备中再加入一个大容量的微型硬盘驱动器，从而使得这些智能手机还拥有高存储能力。所用的大部分HDD都具有一个直径为1英寸或更小的盘片。在正常操作时，1英寸磁盘驱动器仅需约300mA(在3．3V电压条件下)的电流，在盘片旋转加速的过程中，峰值电流需求有可能高达500mA。未来的0．8英寸硬盘驱动器所需的标称电流更小，且峰值电流将低于400mA。 　　通过观察智能手机的电源管理构架(见图1)，我们发现，功能的日益增多也助长了对更多不同功率电平的低电压输出轨的需要。 　　 　　HDD在PMP或智能手机中的使用 　　 　　在PMP或智能手机中采用硬盘驱动器的一个关键推动因素是，需要大容量和易读／可写的紧凑型存储介质。以PMP为例，它通常可以从AC适配器、USB电缆或锂离子电池来供电；然而，对这些电源之间的电源路径进行管理却是一项富有挑战性的技术难题。 　　DC／DC转换器另一个常见的问题是，如何在宽输入电压范围下产生一个位于这个范围之内的稳压输出。为了有助于更加清楚地阐明这个问题，我们现以采用3．3V电源轨、由单节锂离子电池供电的PMP为例。当采用一个传统的锂一钴氧化物阴极电池时，其放电电压将从4．2V降至3．0V。但是，系统电源轨需要一个3．3V的固定输出。可见，输出电压有时会高于、低于或处于锂离子电池的输入电压范围。 　　 　　解决此类问题的传统方法是采用单端初级电感转换器(SEPIC)，或者采用降压／升压型转换器。无论输入电压高于、低于还是等于输出电压，这种转换器都将提供一个固定的输出电压。然而，在采用SEPIC转换器时，存在着一些重大的缺陷： 　　?由于需要使用多个电感器或者庞大笨重的变压器，因而导致了设计的复杂化； ?控制环路很复杂，而且在锂离子电池应用所常见的宽输入电压范围条件下难以实现稳定； 　　?解决方案的占板面积大，而且难度高； 　　?转换效率低，通常在75％左右至80％多一点； 　　?在较高的输出功率电平条件下会出现过热问题。 　　一种更有效的方法是采用单电感器型转换器，这种转换器通过控制4个内部开关以实现降压、升压和100％占空比工作。这种四开关降压一升压转换器的优点是易于设计、功率密度高，且由于具有同步驱动能力，所以还能以高效率工作。 　　 　　 　　为HDD旋转加速在500mA提供3．3V 　　 　　显然，就其特定配置而言，要确保优化电池的使用寿命，便携式媒体播放器的设计师们有多种选择。通过多功能ASSP的组合，可以提供实现最佳系统性能所必需的电压和功率电平，同时确保在正常操作期间最大限度地降低电池的功率消耗。不过，ASSP也许无法充分利用基于较新型阴极化学材料的锂离子电池(比如Sony公司的Nexelion产品系列)的能量密度。原因是，一旦电池电压低于所需的3．3V输出电平，ASSP就无法将电池电压提升到所需的输出电平。由于Nexelion系列电池的电压为2．5～4．2V，这将导致超过30％的电池能量未被利用。在该场合中，不管输入电压是高于、等于还是低于输出电压，单片式同步降压一升压型转换器都能提供一个固定的3．3V输出，因此是一种理想的解决方案。现在一些新产品已可满足该需求，例如凌力