便攜式媒體播放器的電源管理分組技術(06-100)

　　GPS 芯片組使播放器能用作便攜式 GPS 導航系統，而 FM 調諧器 IC 則能接收無線電廣播。

　　便攜式媒體播放器需要幾種類型的存儲設備和處理內存。處理器通常與閃存存儲器協同工作，并利用 EEPROM 存儲配置數據和操作系統。音頻和視頻數據可存儲在 SD 卡等移動存儲介質上，而內置硬盤驅動器通常可存儲較大的數據資料。

　　處理器、存儲器和顯示屏構成整體系統，需要不同的電壓軌和大量電力。我們必須高效管理電池，實現高效充電，盡可能提高電池到系統的電壓轉換效率。電池通常是一節鋰離子電池，電池容量根據整體用電需求在 1200 至 2000mAh 之間，充電電流應高于 1A。鋰離子 (Li-Ion) 電池充電器能安全準確地給電池再充電，而精確的電池電量監測設備可確定充電狀態，并有助于系統最大限度利用任何可用電量。

　　數個電源轉換器將電池電壓轉換為系統電壓。3.3 V 的高電流電源軌可用于對帶有顯示控制器與背光功能的TFT LCD顯示模塊、高量漏極(HDD)、處理器 I/O 以及音頻編解碼器供電。處理引擎要求的內核電壓相對較低，1.2 或 1.8 V 即可。音頻與 RF 組件電源可能需要用線性穩壓器來實現穩壓輸出，以便濾掉開關轉換器紋波。

　　我們有必要更密切地關注一下電源管理系統的分組。通常人們會認為，與數字組件類似，電源系統也應盡可能集成。但這會帶來嚴重的問題。如果將線性電池充電器與功率轉換級集成，就會在集成度極高的板級空間造成散熱問題。此外，電池充電器通常靠近電池與 AC 適配器的連接處，而功率轉換級的理想位置是接近負載點，即處理系統。還有一點值得注意的是，不同型號的媒體播放器根據用途不同要求不同的充電器特性，但功率轉換系統都是一樣的。鑒于上述原因，最節約成本、設計也最方便的解決方案就是將電池管理與功率轉換分由不同的IC來完成，如圖 1 所示。這不僅有助于最大化設計靈活性，簡化布局與散熱管理，而且還能夠降低解決方案的總成本。

　　為了維護安全工作條件并最大化電池工作時間，電池充電器應確保鋰離子電池的充電過程符合制造商的規范。要實現這一目標，就要采用恒流恒壓 (CCCV) 的充電方案，并確保穩壓精度小于 1% ，以避免出現過度充電。我們應識別出剩余電量極低的電池，先以一定比例的最大充電速度給它充電，慢慢提高電池電壓，然后再進入快速充電模式。此外，充電器應通過專門的溫度傳感引腳 (TS) 測量電池的溫度，避免在 0 ℃～40℃ 范圍之外進行充電，從而盡可能延長電池的工作時間。

　　不管電源來自 USB 端口還是 AC/DC 墻上適配器，充電器都應對充電工作加以管理。就某些應用而言，充電 IC 的電力來自高壓前端 DC/DC，電池可直接從高壓電源進行充電，如轎車或卡車所用的電池就是這種情況。輸入引腳上的額定輸入電壓最大可達 18 V，這不僅能避免系統在DC 電源線路上出現過壓峰值，而且還能使用價格較低的非穩壓墻上電源。充電 IC 可以確定進入電池的實際充電電流和系統所用的電流。因此，電池充電和系統運行同時進行的情況下，充電過程也不會出現非正常終止問題。上述解決方案實現了動態的電源管理，在系統和電池間合理分配可用的 DC 輸入功率。如果系統電流上升，電池充電電流會自動降低，反之亦然，從而滿足整體供電量的要求。這有助于優化成本，使墻上電源也能滿足系統整體的平均用電需要，兼顧電池充電和應用運行，而不是必需采用滿足最嚴格用電條件的電源。

　　我們在微型的 3.5mm x 4.5mm QFN 封裝中集成了所有必需的充電控制和電源通道電源晶體管，從而使解決方案的整體尺寸達到了最小化。此外，我們還可使媒體播放器系統在電池充電器給電池充電的同時實現睡眠模式下工作。充電器將根據檢測到的最小電流終止充電，并提供可編程定時器，進一步提高安全性。

　　我們可用電池電量監測計來精確測定剩余電池電量，從而進一步改善電池管理。這樣，處理器就能有效采用低功耗模式，并在需要充電時提醒用戶，從而更好地管理媒體播放器的功耗。