便携式产品设计中的热管理方案
现今的便携式产品涵盖各式各样的音频、视频及无线通信产品,如苹果公司的iPod MP3播放器、便携式媒体播放器(PMP)、立体声蓝牙耳机和3G手机。最新的3G手机,除具有通话的基本功能外,还可以浏览网页、发送电子邮件、拍摄数码照片、玩游戏以及播放视频流。PMP采用大容量硬盘,可以储存和播放电影、音乐,拍摄和浏览照片,录制/播放电视节目。PMP日益成为掌上娱乐中心。
图1：为便携式媒体播放器(PMP)内部功能简图。
为支持不断增加的功能,PMP电源管理电路变得越来越复杂。图1中的电源管理单元包含锂电池充电、电量监测,以及将电池电压(2.8V-4.2V/节)转换为系统各芯片所需工作电压的电压转换器件。电源的转换效率不可能达到100%,在转换过程中必定存在功率损耗,这种损耗的功率被转换为热量。
可以采用低压差线性稳压器(LDO),电荷泵和基于电感的DC/DC转换器将电池电压转换成系统所需的不同工作电压。表1列出了三种电压转换器件的优缺点以及产生热量的大小。表1：三种电压转换器件
从表中可以看出,低压差线性稳压器(LDO)只能将输入电压转换为更低的输出电压。在实际应用中,其功耗为P = (VIN - VOUT) * IOUT。当输入与输出电压相差较大,且输出电流也大的情况下,LDO本身消耗的功率就非常大,并产生相应的热量。LDO特别适合于低电流,压差较小,或对电源噪声要求较高的场合。
电荷泵采用电容来实现能量转换,可实现反压、倍压和稳压等变换,效率为80%左右。受电容容量及尺寸限制,电荷泵输出电流和电压都有限。在便携产品中,电荷泵可用来驱动并联的白光LED,或做为拍照时的闪光灯。
DC/DC转换器采用低阻抗的开关(如MOSFET)以及电感等储能元件,实现降压和升压等转换。DC/DC转换器减小了电压变换过程中的功率损耗,效率高达90%以上。同时开关频率很高(可达2 MHz以上),减小了外部电感和电容的尺寸。合适的DC/DC转换电路在系统中产生最低的热量。
