用ＤＣ／ＤＣ轉換器最大化便攜媒體播放器電源效率

如果你問十幾歲的青少年最希望他們的MP3是什么樣的，他們的回答總是相同的一他們希望自己的MP3具有很酷的外形以及優異的音質，另外他們還希望電池工作時間越長越好。

和大多數的便攜電子產品類似，便攜媒體播放器采用2．8V-4．2V鋰離子電池或聚合物鋰電池來供電。在這些設備中延長電池壽命以及最小化電能耗費的關鍵是在整個系統中最大化電源效率。為實現這個目標，便攜媒體播放器的設計者必須首先關注兩個子系統一一核心處理器和微硬盤。

聚焦核心處理器

便攜媒體播放器必須解決的第一個問題是如何有效地將來自電池的供電電壓轉換為核心處理器的供電電壓。便攜媒體播放器中的鋰離子電池或聚合物鋰電池的平均供電電壓為3.6V，而大多數該類型設備的核心處理器的設計工作電壓則低得多，通常約為1．1V到2．5V。為了最大化電池工作時間，設計者必須高效地將來自電池的電壓降低。

設計者通常可有兩種選擇：線性調節器或感應式DC／DC降壓轉換器。以．線性方式降壓將導致較低的能量轉化率。采用線性調節器將來自電池的3 6V電壓供給需要1．5V電壓的處理器，這種方式的能量轉化率約為42％。設計者也可采用降壓轉換器來達到同樣的目的，在最佳操作條件下，該方式的能量轉化率可高達95％。即使是在典型的操作條件下，降壓轉換器的效率也通常超過90％。(如圖1所示)

和任何設計決策一樣，選擇降壓轉換器也需要作某些權衡。首先降壓轉換器需要更多的外部元件。通常需要一個電感和多個電容。盡管最近電源半導體生產商推出了較小封裝的降壓轉換器，但是通常來講，這種設計方案比采用線性調節器需要更多的PCB面積。輻射型噪音也是一個考慮因素。電感和電源的轉換將會產生噪音問題，而采用線性調節器時則沒有同樣的問題。但是對于并不使用對噪音敏感的RF電路的便攜設備來說，這些噪音問題是很容易控制的。因此采用降壓轉換器的設計者必須掌握一定的最大化PC板設計和過濾輸入／輸出噪音的技術。盡管如此，巨大的電源效率收益以及它們對電池壽命所產生的正面影響，遠遠比在設計中采用降壓轉換器所增加的設計復雜度來得重要的多。

最大化電源效率的一個關鍵就是選擇一個可以在任何操作模式下均可得到高效率的感應式DC／DC轉換器。便攜媒體播放器中典型的系統處理器負責檢測處理器所執行的任務并為這些任務排定優先級。這些處理器通常在完全工作模式，待命模式和睡眠模式下工作。在完全工作模式時，處理器需要相當多的電能(比如視頻流)。但在睡眠模式則只需要足夠刷新內存的電能就可以了。而且，處理器有可能處于睡眠或待命模式下相當長的時間。因此，需要選擇一個可以在高負載和低負載下都提供出色轉換效率的DC／DC車專換器。

轉換頻率也是一個關鍵因素。便攜媒體播放器的設計者面臨設計極小極輕產品的挑戰。降壓轉換器的轉換頻率將決定其所需外部元件的尺寸。轉換頻率越高，電感和其他外部元件的尺寸越小。對于轉換頻率在1MHz~2MI-Iz之間的轉換器，產生對音質視頻線路干擾噪音的可能性也較小，而這些線路正是媒體播放器的核心部分。最后，還需要考慮媒體播放器微處理芯片的一些特性。許多最新一代芯片提供附加的節電模式，這種節電模式在處理器進入睡眠或待命模式時通過降壓轉換器調節來降低待機電壓。這種節電模式可以進一步節能和延長電池壽命。

給微硬盤驅動器以動力

盡管過去幾年以來，磁盤驅動器生產商大幅提高了設備的電源效率，便攜媒體播放器中的唯一機電部件一微硬盤驅動器一仍消耗掉系統大部分的功率。但是，微硬盤器與核心處理器有顯著區別。硬盤具有兩個基本操作狀況：開和關。由于沒有待機模式，電源系統對低負載時效率沒有要求。相反地，設計者需要選擇可以在滿負載模式時提供優異效率的電源設備，且該設備需要滿足驅動所要求的特定電壓和電流．范圍。第二個要求是快速瞬態響應。當電機啟動時微硬盤需要瞬態電流驟增。設計者需要能夠對負載瞬時變化條件作出恰當反應并且不影響系統其它部分工作的轉換器。選擇具有優異線路和負載瞬時響應的轉換器對于滿足這一要求至關重要。在這些條件要求下，設計者可以選擇標準降壓轉換器或升降壓轉換器。低壓差的標準降壓轉換器有很多優點。例如，如果微硬盤工作電壓設計為3.3V，當電池電壓落到其正常值3.6V以下時，這類電源器件可以降低電壓或進入100％負載狀態，并追蹤電池電壓。這種方法具有很高的效率，因而設計者可以選擇較小的外部元件。圖2展示了典型的DC／DC降壓轉換器。另一選擇升降壓DC／DC轉換器可以提供比輸入電壓或高或低的輸出電壓，并可基于開關晶體管負載周期調整。升降壓DC／DC轉換器要求使用較大的外部元件，且效率較第一種選擇低。例如，具有較低下降電壓的標準降壓轉換器的效率在95％左右，而升降~DC／DC轉換器的效率通常在80％-85％之間。但是，通過增高供電電壓，升降壓轉換器可以允許媒體播放器的電池在低至2.8V的電壓下工作并最大化系統的工作時間。

結語

毋庸置疑顧客需要便攜媒體播放器具有高性能，吸引人的外表，緊湊的結構，及方便的操作使用。但電池壽命是顧客評價產品質量標準中的關鍵因素之一。電池工作時間越長，客戶的評價越好。電源轉換效率是最大化電池壽命的關鍵。通過綜述媒體播放器中每個子系統各種類型的可用電源設備，及為消耗電力最多的子系統選擇最有效率的設備，設計者可以延長電池壽命，從而確保產品在市場上的成功。