电源产品不断化

类别：新闻资讯　出处：网络整理　发布于：2007-01-19 09:26:34 | 1074 次阅读

2006年8月以来索尼的“电池门”事件让许多笔记本电脑厂商受到牵连，陆续召回750万块笔记本电池。目前认定导致笔记本电池燃烧甚至爆炸的原因在于：锂离子电池的电解液被金属粒子所污染。于是，相关部门计划制定电池污染程度的标准。这一问题似乎解决得很好（且不论是否正确地找到问题的根源，以及生产复合污染标准的电池所需的成本）。但是，导致电池燃烧的根源在于温度过高，解决温度过高的方法有很多：散热、关闭电源或者采用不易燃烧的电解液等。我个人认为英特尔公司的解决方法很好：采用一种称为“自适应移动功率系统（AMPS）”的架构探测紧急电池故障，一旦发现故障就马上关断电池。因为比起只会等着温度到燃点的“痴呆”电池系统，这种方法可以“智能”地在电池问题出现之前就进行处理。

实际上，在整个电源系统（见图1）中的各部分中都体现出不同程度的“智能”。

开辟外部供电方式

用电设备通常采用AC/DC转换器（见图2）供电。现在，出现了很多基于USB供电的数码音像产品，这些产品与PC等设备通过USB传输线相连，在数据的同时也将直流电压的能量储存在电池中。PoE（以太网供电）是又一种外部供电方式，它利用现有的网络布线系统为处于网络不同部分的低功率应用设备提供电源（通常是直流电源）。上面的外部供电方式和正在出现的燃料电源都说明，在不断开辟新的能源的趋势下，人们获得电源的途径越来越多！

电池管理新招

便携设备中绝大多数都在使用锂电池（见图3）。以往的电池计量技术大多采用电位检测方法，但这种方法容易造成电池剩余电量的误报，系统有时甚至会在15%的电池电量剩余时就过早地发出关机警报。因此，有些芯片厂商开始考虑把电池的总电荷量（而不是电位值）作为判别依据，这一数据可以通过对电池阻抗的测量而计算出来。

另外，以笔记本电脑为例，原有的电源适配器输出电压（19V）往往比锂离子电池组所需的输入电压（9V～16.8V）高，这会导致系统功耗增加。现在，电池管理芯片能主动调节适配器的输出电压，使其输出电压与锂离子电池组所需电压相等。

电压管理

工程师们在DC/DC模块中选用开关型转换器替代传统的LDO（线性稳压器），因为LDO在高频转换和电压差值较大的情况下效率较低。而如果在“深度睡眠模式”下仍然采用开关型转换器，其噪声和静态电流性能反而不如LDO优越。基于这种情况，已经有厂商针对处理器（例如基带处理器）供电应用推出了LDO与开关型转换器双模系统。当处理器处于“唤醒工作模式”时，系统切换成开关模式；而当处理器处于“深度睡眠模式”时，系统切换成LDO模式。

此外，以手机为例，其中的功率放大器（PA）、基带与应用处理器以及背光与照明列为消耗电能的三个部分。因此，对PA供电电压的管理也成为设计人员主要考虑的问题之一。理想的办法是使PA的供电电压跟随PA的发送功率变化而变化。由于决定PA功率状态的器件是基带处理器，因此可以通过一个DAC（数模转换器）与该处理器相连，然后输出模拟信号动态控制PA的供电电压。

在3G应用中，手机的射频电路可能会经常由于网络切换或数据传送而处于峰值功率，PWM占空比将相对较长时间维持在100%的状态。一旦这样，PWM电路中的上电电感持续消耗的功率就不能再被忽视，因为它所带来的影响将会使PA的供电效率明显下降。对此，一些电源管理芯片厂商采用一种内部集成旁路模式的电压转换器，在PWM占空比达到100%的时候，通过与上电电感并联的支路直接给PA供电，实际上就是立即把上电电感进行了短路处理。

灵活机动的负载管理

人们通常以为，所谓电源管理就是利用有效率而又成本效益的方法将电源供电馈送到有关的负载。其实，未来电源管理技术的发展将逐渐转向管理负载用电。也就是将负载的特性进行划分，将电子系统视为信号路径，其中的电路(无论是分立式还是内置式)分别负责不同的工作，例如信号的放大、转换及处理。在这个过程中，不同的电路有不同的供电要求，例如部分电路虽然执行不同的工作，但其中所耗用的电量相同；而在另一些电路中，不同工作的耗电量则各不相同。这些不同的要求为半导体产品提供一个可以充分发挥其所长的机会，电源管理芯片也因此成为电子产品重要的元件之一。因此，采用“动态供电”技术，即根据系统负载的变化对供电做出相应调整，即可将不同状态的功耗降至。实现“动态供电”需要处理器与电源管理器件相互配合。

关于数字电源和模拟电源的讨论一直在继续，只是焦点不再是未来是否会有数字电源，而是针对具体的应用、性能、成本和灵活性，决定是否采用数字方式进行PWM反馈回路控制，以及是否进行数字的管理和通信（见图4～5）。PWM反馈回路控制，既可以采用模拟方式，也可以采用数字方式。模拟控制的优点是准确，缺点是对控制环路的负载的变化范围有限制，不能适应宽范围的负载。如果采用数字控制，则能够在图形用户界面（GUI）配置控制器的各个部分，而不用将电容、电阻在板上焊上焊下。如果需要对电源进行管理和通信（例如，服务器和路由器），那么模拟方式很难与数字方式抗衡。数字方式可以借助PMBus（一种通过I2C或SMBus硬件接口提供的标准指令集）或者SST（ADI公司和Intel公司联合开发的一种通信接口），将电源系统的运转状况：例如温度变化、突发电流、风扇速度变化等信息向外界传递；控制输出电压的能力；跟踪和获取元件的反馈，而不像模拟方式那样只会闪动一下报警灯。

以上部分分析了电源系统各方面中体现的一些智能性。回顾上述“电池门”事件，虽然电池厂商能制造出出色的电池管理来避免电池事故再次发生，但是如果电源系统的其它模块又出问题，我们该怎么办？我们当然可以一一修补出错的电源模块，可是这种“打补丁”的方法让我们总要被动地面对各种“问题”，而不是主动地从系统的高度构建智能的电源系统，防患未然。因此，我们畅想未来的电源：用户通过GUI可以看到电源系统从外部电源到负载控制各部分的监控；整个电源系统实现智能化，不仅各个电源模块更加智能，而且各模块之间也通过相互的通信联系而提升智能性。

关键词：电源

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