系统设计工程师便携式设备电源设计攻略

从产品定义规划人员的角度来看，便携式设备两个最重要的电源设计指标是连续工作时间和待机时间。那么，对一个负责产品开发的系统设计工程师来讲，从哪些方面入手才能使得这两个指标性能最优呢？

 

很显然，我们首先应考虑如何增加电源供给量。如果我们能从源头上解决这一问题，即找到比现有的锂离子电池功率密度更大的电池，那么所有热门便携式设备的连续工作时间和待机时间性能就都能得到大幅度的提高。

 

而在这方面，业界既有好消息也有坏消息。好消息是功率密度比现有锂离子电池高1.5倍或2倍的燃料电池已经到了接近商用化的程度。例如，美国燃料电池供应商MTI Micro已经克服了商用化道路上的三大障碍，即燃料电池的出水问题、使用便宜的甲醇做原料、以及小型化。三星已经开发出了基于燃料电池的数码相机和手机原型产品，东芝在2002年也推出过使用微型燃料电池的Gigabeat MP3播放器。

 

不过，坏消息是业界仍然有很多人认为燃料电池的价格还是有点贵，而这对于利润日趋微薄的消费电子制造商来说是很难马上加以接受的。例如，Micrel电源产品营销总监Andy Khayat就表示：“尽管针对消费电子产品的高性能燃料电池已经推出有好几年了，然而它们的价格仍然太高，而且人们担心易燃性液态燃料具有潜在的可靠性问题。因此具有代表性的消费电子市场还没有接受燃料电池，而要被大众消费电子市场接受需要更长的时间，有可能要等到2015以后。”

 

凌力尔特公司电源产品部产品市场总监Tony Armstrong也认为：“尽管燃料电池已经在实验室里证明了自己的效能，甚至有的还实现了商品化。然而，由于在其热问题和更新问题的管理方面存在难点，因此所取得成功是有限的。实际上，从商用的角度来看，燃料电池要想成为移动电脑的理想电源还有一段距离。”

 

也正是由于这样的现实问题，因此目前业界还主要在减少功率的消耗、提高功率转换效率和降低静态电流/泄漏电流等方面下功夫。

 

为了尽可能地减少功耗，系统开发工程师一般同时采取两种方法，一是尽可能地优化电路设计；二是尽可能地寻找在同类器件中工作功耗最低的替代品。

 

为了最大限度地提高功率转换效率，系统工程师一般也会同时采用两种方法，一是尽可能地采用功率转换效率高的器件，如用D类功放代替AB类功放，以及用开关型DC-DC转换器代替LDO；二是采用各种措施(PWM/PFM调制模式转换、改变供电电压和工作频率等)来提高各种负载条件下的功率转换效率。

 

降低静态电流/泄漏电流主要是为了尽可能地提高待机时间，在这方面，系统工程师唯一可采用的方法就是在设计时尽可能采用静态电流/泄漏电流更低的同类器件。

 

除此以外，还有一个应特别加以重视的电源问题就是静电(ESD)保护，ESD保护不过关，很多产品根本无法出口到重要的欧美及日本市场。因此，ESD的控制对便携产品来说，是必需品，不是选项。ESD是目前整个电子产业共同面临的问题，电子产品在设计、生产、封装、测试、以及搬运等每个环节都会受到ESD的影响，甚至破坏。

 

但尽管ESD关系重大，却并不代表必须针对制造与设计流程，均匀地分配资源来防范ESD的影响。事实上，在元件层级的ESD保护上，耗费过多资源并非明智之举。我们应该将更多的精力放在系统层级的ESD保护上。

 

当然，对系统设计工程师来说，系统级的ESD保护机制不仅应当让电子元件和系统更能抵挡ESD的冲击，而且必须同时针对成本、技术以及客户本身的需求进行全盘考虑。